태양에서 일어나는 것과 같은 핵융합 반응을 지구상에서 일으켜 전기를 얻는 발전기술을 뜻한다. 핵분열과 반대 원리로 에너지를 발생시키는데, 1억 도가 넘는 온도와 고압 조건에서 수소 원자핵끼리 융합해 헬륨 원자핵으로 변한다. 이때 질량이 줄어든 만큼 나오는 에너지로 전기를 생산한다. 원자력 발전과 달리 방사능에 노출될 위험이 적을 정도로 안전성이 높은 편이다.

핵융합 발전은 적은 원료로 많은 에너지를 만들어내므로 경제적이고 안정적이며, 화석연료에 덜 의존할 수 있게 해주는 장점이 있다. 그러나 아직 상용화에 이르지 못했다는 한계를 나타낸다. 최근에 KAIST 연구진이 개발한 핵융합 연구장치 KSTAR가 핵융합 발전의 조건인 1억도 수준을 30초간 유지하는 데 성공했다. 핵융합 발전은 바닷물에서 중수소와 리튬을 뽑아내 주원료로 이용하며, 고준위 방사성 폐기물을 양산하지 않는다는 장점이 있다.