Термоя́дерная реа́кция — разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счёт кинетической энергии их теплового движения.
Для того, чтобы произошла ядерная реакция, исходные атомные ядра должны преодолеть так называемый «кулоновский барьер» — силу электростатического отталкивания между ними. Для этого они должны иметь большу́ю кинетическую энергию. Согласно кинетической теории, кинетическую энергию движущихся микрочастиц вещества (атомов, молекул или ионов) можно представить в виде температуры, а следовательно, нагревая вещество, можно достичь термоядерной реакции. Именно эту взаимосвязь нагревания вещества и ядерной реакции и отражает термин «термоядерная реакция».
Атомные ядра имеют положительный электрический заряд. На больших расстояниях их заряды могут быть экранированы электронами электронных оболочек атомов. Для того, чтобы произошло слияние ядер, во-первых, процесс слияния должен быть энергетически выгоден и, во-вторых, — они должны сблизиться на расстояние, на котором существенно действие сильного взаимодействия между нуклонами. Это расстояние — порядка размера самих ядер и во много раз меньше размера атомов.
На таких расстояниях электронные оболочки атомов (даже если бы они сохранились) уже не могут экранировать заряды ядер, поэтому ядра испытывают сильное электростатическое отталкивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с законом Кулона, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера ядер сила притяжения сильного взаимодействия, которое стремится их связать, быстро возрастает и становится больше силы кулоновского отталкивания.
Таким образом, чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер кулоновского отталкивания. Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера до начала действия сильного взаимодействия составляет примерно 0,1 МэВ. Для сравнения, энергия ионизации атома водорода — 13 эВ. Поэтому вещество, способное вступать в термоядерной реакции будет представлять собой практически полностью ионизированную плазму.
Температура, эквивалентная 0,1 МэВ, приблизительно равна 109 К, и технически трудно достижима. Однако есть два эффекта, которые снижают температуру, необходимую для термоядерной реакции: