همجوشی هسته‌ای (nuclear fusion) واکنشی میان دو هسته اتمی است که آن دو به هم می‌پیوندند و هسته‌ای سنگین‌تر را می‌سازند خورشید به یمن واکنش‌های همجوشی که در آنها هسته‌های هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند، پرتوافشانی می‌کند.
از آنجایی که همه هسته‌های دارای بار مثبت الکتریکی هستند، همجوشی به طور معمول تنها در درجه حرارت‌های بسیار بالا در حد میلیون‌ها درجه سانتی‌‌گراد رخ می‌دهد، یعنی در شرایطی که برخوردهای میان هسته‌ها آنقدر پرانرژی هست که بر نیروی دافعه الکتریکی میان دو هسته غلبه کند.
به خاطر این ضرورت درجه حرارت بالا، رآکتورهای همجوشی هسته‌ای تا به حال ساخته نشده‌اند، اما تجربیات اکنون در زمینه قرار دادن گاز هیدروژن بسیار داغ یونیزه در معرض میدان‌های مغناطیسی قوی یا لیزرهای قدرتمند است، صورت می‌گیرد.
همجوشی هسته‌ای، واکنشی کاملاً برعکس شکافت هسته‌ای است. به جای شکافتن اتم‌های بزرگ به اتم‌های کوچک، اتم‌های کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند تا اتم‌های بزرگ بوجود آیند. این واکنش انرژی خیلی زیادی آزاد می‌کند، چرا که طبق نظریهٔ نسبیت خاص اینشتین، قسمتی از مادهٔ این واکنش به انرژی تبدیل می‌شود.
واقعیت این است که خارج از نیروگاه‌های همجوشی و در طبیعت، ما هر روز اثر این واکنش را احساس می‌کنیم. همجوشی هسته‌ای همان چیزی است که در مرکز خورشید رخ می‌دهد. خورشید یک رآکتور عظیم همجوشی هسته‌ای است؛ این ستاره هیدروژن را به عناصر سنگین تبدیل می‌کند و نور و گرمای حاصل از واکنش را برای ما که روی زمین هستیم، ارسال می‌کند.