Kernenergie kan ook ontstaan door atoomkernen te fuseren (kernfusie). Fusie vindt plaats onder extreem hoge temperaturen waardoor de kernen van twee waterstofatomen samen een nieuw zwaarder atoom kunnen vormen. De energie die daarbij vrijkomt wordt omgezet in warmte. Kernfusie produceert minder en geen langdurig radioactief afval. Er wordt al langer onderzoek gedaan naar vormen van kernfusie, maar er bestaan wereldwijd nog geen centrales die op deze manier energie leveren. Het bevindt zich nog in de experimentele fase. De verwachting is dat kernfusie pas tussen 2040 en 2070 een bijdrage aan het energiesysteem kan leveren.