Nagy hőmérséklet hatására bekövetkező atommagátalakulás. A termonukleáris reakció során könnyű atommagok egyesülnek (fuzionálnak) nehezebb atommagokká, eközhen nagy energia szabadul fel. Nevezik még fúziós reakciónak is. A termonukleáris reakciót jelenleg még nem tudják fékezni, ezért még csak nukleáris fegyverkezési céllal használják.