Míg az atomenergia általában a maghasadásra utal - azaz a nagyméretű atomok, például az urán energia felszabadítása érdekében történő hasadására -, addig elméletileg hasznosíthatjuk azt az energiát is, amely apró hidrogénatomok valamivel nagyobb héliumatomok fúziójával keletkezik. A Nap energiájának túlnyomó többsége ennek a folyamatnak a segítségével állítható elő. Mivel a fúzió nem bocsát ki üvegházhatású gázokat, egy napon bőséges, tiszta energiaforrást biztosíthat. A rendkívül speciális és drága berendezések szükségességén túl a fő kihívás az, hogy a fúzió villamosenergia- vagy ipari hőtermelésre való felhasználása rengeteg energiát igényel ahhoz, hogy a hidrogénatomok egyáltalán összeolvadjanak. Voltak előrelépések, de a kutatócsoportok még mindig küzdenek azzal, hogy a magfúzióból lényegesen több energiát nyerjenek ki, mint amennyit beletesznek.

A magfúzió hívei azzal érvelnek, hogy a különböző új megoldások és reaktorkonstrukciók képesek lehetnek arra, hogy a technológia kereskedelmi szempontból életképessé váljon, de a szkeptikusok azzal viccelődnek, hogy a fúzió már egy évszázada „húsz évnyi távolságra van”. Még a legoptimistább becslések is általában a 2040-es évekre vagy azutánra teszik a fúziót jelentős energiaforrássá. Mivel az éghajlatkutatók arra figyelmeztetnek, hogy a világnak 2050-re el kell érnie a nettó negatív kibocsátást, fennáll a veszélye annak, hogy a fúziós energia nem lesz itt időben ahhoz, hogy jelentős mértékben hozzájáruljon.