Reakcja termojądrowa - synteza jądrowa (fuzja jądrowa) - to zjawisko polegające na połączeniu się dwóch lżejszych jąder atomowych w jedno cięższe. W wyniku tej reakcji wydziela się znaczna ilość energii, która przekształca się w ciepło.
Jądra atomowe mają dodatni ładunek elektryczny i dlatego odpychają się. Im jądra atomów są cięższe, tym większy mają dodatni ładunek elektryczny i z tym większą siłą się odpychają. Reakcja, którą wybrano do eksperymentu w reaktorze termojądrowym W7-X, jest syntezą jąder deuteru i trytu – dwóch ciężkich izotopów wodoru – w wyniku której powstaje jądro helu i neutron, który unosi nadwyżkę energii.
Niezbędnym warunkiem do połączenia się jąder atomów jest ich prędkość i bardzo wysoka temperatura - w konsekwencji odpowiednio wysoka energia kinetyczna łączonych ze sobą jąder atomów.
W odróżnieniu od reakcji rozszczepienia jądra atomowego, gdzie np. neutron rozbija ciężkie jądro (np. uranu), mamy tutaj do czynienia z łączeniem się lekkich jąder atomowych w bardzo gorącym (ok. 150 mln stopni Celsjusza), wysoko zjonizowanym gazie zwanym plazmą. Właściwości wytwarzanej w reaktorze plazmy (gęstość cząstek, długotrwała, wysoka energia) są warunkiem koniecznym ciągłości reakcji fuzji. Uzyskuje się to wieloma metodami, które muszą być w pełni kontrolowane, co sprawia, że ta technologia jest nieporównanie bezpieczniejsza od technologii realizowanej w reaktorach atomowych - jakiekolwiek zakłócenie istotnych warunków procesu technologicznego samoistnie zatrzymuje reakcję fuzji jądrowej.
Zasadnicza przewaga reaktorów termojądrowych nad reaktorami, wykorzystującymi reakcję rozszczepienia jądrowego, wynika również z faktu, że nie generują one odpadów, którychkontrolowane składowanie wymaga wielu tysięcy lat a paliwo do tych reaktorów jest powszechnie dostępne w nieograniczonej ilości.