核能是能源家族的新成员，它包括裂变能和聚变能两种主要的形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放出巨大能量，目前人类已经实现商用化。因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上的含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长寿命、放射性较强的核废料，污染环境，因此这些因素一定程度的限制了裂变能的发展。而核聚变的形式目前还尚未实现商用化。
核聚变是指由质量小的原子（主要是指氘或氚），在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合的作用，从而生成新的质量更重的原子核，并且伴随着巨大的能量释放出来的一种核反应形式。原子核中蕴藏着巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核转化为另一种原子核）往往还伴随着巨大能量的释放。如果是由重的原子核变为轻的原子核，叫做核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变为重的原子核，就叫做核聚变，如太阳发光发热的能量来源。
比原子弹威力更大的核武器是氢弹，它就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，核聚变是几个原子核聚合成一个原子核的过程，只有较轻的原子核才会发生核聚变，比如氢的同位素氘、氚等。核聚变会释放出巨大的能量，而且要比核裂变释放出的能量大很多。太阳内部连续进行着氢聚变成氦的过程，它的光和热就是由核聚变产生的。
利用核能的最终目的是要实现受控核聚变释放的能量。核聚变和核裂变相比，它有两大优点：一是地球上蕴藏的核聚变能源远比核裂变能量丰富得多。据专家测算，每升海水中含有0.03克氘，而地球上有70%的面积被海水所覆盖，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变释放的能量相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。如果把地球上海水中所有的氘全部用于核聚变反应，那么其释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且其反应产物是无放射性污染的氦；二是由于核聚变过程中需要维持极高的温度，如果某一环节出现问题，燃料的温度下降，核聚变反应就会自动终止。也就是说，聚变堆是安全的。因此，聚变能是一种无限的、环保的、安全的新能源，这就是为什么世界各国，尤其是发达国家都不惜花费大量人力物力财力，竞相研究、开发聚变能的原因所在。
目前，实现核聚变的方法有很多种。最早的著名方法是“托卡马克”型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场，把等离子体约束在很小范围内。虽然在实验室条件下已接近成功，但要达到工业应用的水平还有一段遥远的距离。按照目前的技术水平，要建立“托卡马克”型核聚变装置，需要大量的资金支持；另一种实现核聚变的方法是惯性约束法，惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内，从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，球面内层受到它的反作用，会向内挤压（反作用力是一种惯性力，靠它使气体约束，所以称为惯性约束），就像喷气飞机气体会往后喷而推动飞机飞行一样，小球内气体受挤压而压力升高，并伴随着温度急剧升高而升高，当温度达到所需要的点火温度（大概需要几十亿摄氏度）时，小球内的气体便会发生爆炸，并产生大量热能。这种爆炸过程所需的时间很短，只有几皮秒（1皮等于1万亿分之一）。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去，所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站释放的能量。
原理上看很简单，但是现有的激光束或粒子束所能达到的功率，离需要的功率还差几十倍、甚至几百倍，再加上其他种种技术上的问题，使得惯性约束核聚变仍是人类可望而不可及的技术。
核聚变是当前社会最有发展前途的新能源，核聚变反应是氢弹爆炸的基础，能够在一瞬间产生大量的热能，但目前人类还无法加以利用。如果使核聚变反应在一定的约束区域内，能够根据人们的意图有控制地使其产生与进行，实现持续、平稳的能量输出，就可以实现受控热核反应。不过，这正是目前科学家们进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础，如果聚变反应堆一旦实验成功，则可能会为人类提供最环保而又取之不尽的新能源。