核聚變的主要應用是發電，它可為后代提供安全、清潔的能源，與目前的核裂變反應堆相比，它具有以下幾個優點：
燃料供應充足——氘可直接從海水中提取，大量的氚可從核反應堆本身的鋰中獲得，而鋰又廣泛存在于地殼中。核裂變所需的鈾非常稀少，必須經過開采和濃縮后才能用于反應堆。
安全——與核裂變反應堆相比，核聚變所需的燃料較少。這樣便避免了不可控的能量釋放。與人類生存的自然界相比，大多數核聚變反應堆釋放的輻射并不算多。
清潔——核電廠（無論是裂變還是聚變）不靠燃燒發電，不會造成空氣污染。
核廢物更少——核聚變反應堆不像核裂變反應堆那樣會生成大量的核廢物，因而處理起來會更加容易。另外，核裂變所產生的廢物屬于武器級的核材料，而核聚變的廢物則沒有這樣的危險。
目前，NASA正在研制一種小型的核聚變反應堆，用于為深空火箭提供動力。核聚變推進器具有無限的燃料供應（氫），其效率更高，可令火箭飛得更快。
冷核聚變
1989年，美國和英國的研究人員宣稱，他們在室溫條件下建造了核聚變反應堆，而沒有采用對高溫等離子體進行約束的方 法。他們將用鈀制成的電極置于盛有重水（氧化氘）的保溫瓶中，然后為重水通上電流。這些研究人員指出，鈀可以催化聚變，它能將氘原子間的距離拉近到足以發 生聚變的程度。但是，其他國家及地區的許多科學家并未能得到相同的結果。
2005年4月，冷核聚變取得巨大進展。美國加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)的科學家利用熱電晶體引發了核 聚變。他們將晶體放入盛有氫的小型容器中，并對晶體加熱，進而形成一個電場。接下來，他們將一根金屬線插入容器來吸收電荷。聚焦的電場對帶正電荷的氫原子 核產生極強的排斥力，這使得原子核快速掙離金屬線，并發生相互碰撞，其力度足以實現聚合。這一反應是在室溫條件下進行的。
