冷聚变公布的失败可能玷污了该领域的声誉，但自1932年以来，物理学家们已经成功地通过热核聚变将原子核结合起来。如今，热核聚变的研究可能带来一种清洁能源，摆脱了裂变发电厂的弊端。聚变发电厂不会发生熔毁；它们不会产生长寿命、高放射性的废物；而且聚变燃料不易被武器化。
位于实现聚变发电努力前沿的是ITER，这是一个建造世界上最大的聚变反应堆的国际合作项目。该项目的核心是一个托卡马克，一个环形容器，用于容纳聚变反应。在这个容器中，磁场约束着由氘和氚（两种氢的同位素）组成的等离子体，同时粒子束、无线电波和微波将其加热到2.7亿华氏度，这是维持聚变反应所需的高温。在反应过程中，氘和氚原子核聚变，产生氦和中子。在聚变发电厂中，这些高能中子会加热托卡马克内的称为“包层”的结构，然后利用这些热量驱动涡轮机发电。
ITER反应堆将是有史以来最大的托卡马克，功率为500兆瓦，与燃煤发电厂的输出功率大致相同。但ITER不会发电；它只是一个巨大的物理实验，尽管具有很高的潜在效益。仅35毫克（千分之三十五盎司）的氘-氚燃料就能产生相当于2,000加仑取暖油的能量。该项目的高级科学官员理查德·皮茨说，ITER的工艺是“固有安全的”。“它绝不可能像你在裂变世界中看到的——在切尔诺贝利或福岛——那样，这就是它如此有吸引力的地方。”
ITER的磁体产生的磁场强度至少是冰箱上磁体的1000倍。要完全实现托卡马克聚变的商业化，开发人员必须克服几个挑战。首先是氚的增殖问题；任何时候世界上大约只有50磅氚，因为它不是天然存在的，而且会迅速衰变。（氘不具有放射性，可以从水中提炼。）虽然ITER可能使用核电厂生产的氚，但一个全规模的聚变厂需要自己生产供应——聚变反应产生的中子可以用来将锂储存转化为氚。此外，物理学家还必须确定哪些材料最能承受聚变反应的副产物，这些副产物会磨损托卡马克的壁。最后，设备中的残余放射性将带来维护问题，因为人们无法在容器内安全工作。ITER的科学家们必须开发能够更换重达10吨部件的机器人。
ITER将于2019年在法国开始实验。如果实验成功，该项目产生的数据将有助于ITER团队设计DEMO，一个拟建的2000至4000兆瓦示范聚变发电厂，预计将在2040年建成。
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燃料
工程师将两种氢同位素——氘和氚——注入托卡马克，这是一个高功率的环形真空室。
等离子体
强大的电流加热氘和氚气体，使其电离，形成一圈等离子体，这是一团发光的带电粒子汤。
加热
无线电波、微波和高能氘粒子束加热等离子体。在高温下，氘和氚会聚变形成一个氦原子和一个中子。
约束
如果等离子体接触到托卡马克的壁，聚变反应就会终止。带电粒子被限制在由39个超导极向、环形和中心螺线管磁体产生的磁场中，这些磁体围绕着圆环的外部和内部。
衬里
容器内衬有1.5英尺厚的钢制包层，以保护托卡马克壁免受高能中子的影响。
