軽い原子核同士が融合して、重い元素が生成される核反応。天文学では熱核融合反応、あるいは核燃焼という言い方もしばしばなされる。陽子同士が融合して重水素が生成される反応や、重水素同士が融合してヘリウム3を生成する反応、3つのアルファ粒子から炭素が生成されるヘリウム燃焼などが典型例。核反応の中には、重い元素が分裂して軽い元素を生成させる核分裂も存在する。ppチェイン、CNOサイクルも参照。