Il arrive que deux ou plusieurs noyaux atomiques légers s'unissent pour former un noyau lourd. On dit alors qu'il y a fusion nucléaire.

D'autre part, la fusion nucléaire ne produit pas de déchets radioactifs puisque les produits de fusion sont stables. L'énergie des étoiles provient de cycles de réactions de fusion nucléaires. La fusion est aussi exploitée dans la bombe thermonucléaire (bombe H) pour laquelle les bombes A servent d'allumettes car leur explosion permet d'atteindre les températures nécessaires au déclenchement de la fusion