惯性约束热核燃烧基本要求ρir≥3克/厘米或R≥12.5/（ρi/ρ固）2/3厘米，式中ρi为离子密度，ρi/ρ固为压缩比，r为点燃的小球半径，R为压缩前的初始半径。压缩比高则密度高，反应率便高。考虑发电、电→束、束→料的效率分别为ηe、ηd、ηc，总效率为η，能量有增益的条件为ρir≥2.7×10-4E料/η（g/cm2），式中E料以keV计，为点火时燃料球每个离子的平均的初始能量。考虑α粒子加热作用，只要靶中心大小α粒子射程的区域达到点火温度，便能把周围较冷的燃料燃烧。人们估计束能1—10兆焦，功率大于1014瓦，聚焦到几毫米靶上。
电能转化为射束能与束一靶耦合的效率以及束的聚焦性是关键的问题。激光束聚焦性好，与靶尚能较好耦合，特别是波长较短的KrF*激光器与自由电子激光器，但是电→束转换效率低（自由电子激光器除外）。电子束能量大，转换效率较高，但聚焦性差，脉冲过宽。束-靶耦合不好，压缩度低。目前粒子束驱动惯性约束方面的研究工作已转向离子束。离子束与靶最好耦合，但聚焦与脉冲成型是问题。
激光聚变研究已得到了压缩比为100，温度500eV的结果，由于效率过低，ηd≤10％，ηc≤5％。至于离子束聚变的研究刚刚兴起。目前，美国劳伦斯·利弗莫尔困家实验室正在研制能基约100千焦，功率1014瓦的代号“Nova”多路钕玻璃激光器，美国桑迪亚国家实验室正在研制功率大于1014瓦的代号“PBFA-Ⅱ”轻离子束聚变装置等，都在朝着科学上实现得失相当的目标前进。
（2）磁约束聚变
受控聚变研究中更广泛的是磁约束途径。等离子体内的磁场约束荷电粒子，等离子体外真空区的磁场可以起到磁垫或磁绝缘层的作用。磁压强（B2/8π）起到抵御等离子体压强的作用，例如5万高斯的磁场的磁压强约为100大气压。通常定义等离子体压强与磁压强之比为比压β=p/（B2/8π），β高说明所需的磁能较小，则较经济。然而更难约束。对等离子体受磁约束起破坏作用的有宏观的和微观的各种不稳定性以及粒子与能量的各种损失机制。与高密度瞬息间聚变的惯性约束相比较，磁约束则是较低密度（≈1014/cm3）较长时间燃烧的热核聚变，其脉冲式可达百秒，其稳态式则更长。磁约束聚变为了经济使用磁场不得不追求相当高的第一壁中子通量密度，招致技术上的困难，而惯性约束则不受此限制。
磁约束聚变研究曾试验过多种装置，可归纳为闭式（指磁力线）与开式两类。迄今前途比较明朗的闭式环形装置有托卡马克及仿星器，开式直线装置有磁镜。
托卡马克装置首先制成于前苏联。它利用电磁感应产生的环电流造成的“极向”磁场配合纵向磁场约束等离子体，同时欧姆电流也是加热的重要手段。1978年美国的PLT装置首次取得离子温度Ti≈7keV，电子密度ni≈3×1013cm，约束时间τE≈25ms的结果。1982年美国TFTR装置及1983年欧洲经济共同体的JET装置相继投入了运转，1984年JET达到了Ti≈5.5keV，ne≈3×1013cm-3，τE≈0.65s的指标。日本的JT-60装置和前苏联的T-15等装置将陆续启动。这四大装置都是托卡马克，目标是科学可行性上的能量得失相当，其实现指日可待。然而，托卡马克形态必需的环电流原靠感应产生，由于变压器的伏秒数有限，托卡马克被迫作长脉冲运行，这在建堆发电上是不希望的。目前波驱动电流实验正在为解决此一问题进行探索。其次，托卡马克存在的危及堆的生存的破裂不稳定性尚待妥善解决。此外，托卡马克的比压β值稍低及其复杂的环形结构会造成工程上的复杂性。
仿星器装置起源于美国，它借外导体的电流产生的极向磁场配合纵向磁场约束等离子体。它不象托卡马克那样依靠感应产生环电流，因此是稳态运行，而且没有破裂不稳定性。不过，它运行的β值比托卡马克的（＜5％）还要低。20世纪50年代美国的仿星器实验具有玻姆扩散损失，然而70年代联邦德国的W-Ⅶ装置却取得了类似托卡马克的约束性质。在80年代仿星器研究得到了进一步的发展。
磁镜装置的磁场线圈绕在直管上，两端的磁场比中间的强。由于粒子磁矩守恒，当它运动到强场处，轴向速度减慢而增加垂向速度，除少数速度矢量接近平行磁轴的粒子逃逸之外，多数粒子被反射回中央区域，“磁镜”因此而得名。简单磁镜出现“槽纹交换不稳定性”，破坏约束。1961年前苏联创造了用约飞棒进行稳定化的方法，随后出现了多种“极小B”磁镜位形。1976年美国2XⅡB装置取得了进一步的成果。接着提出的串联磁镜的方案，利用中性束注入长螺管中心室外两端塞在等离子体内建立电位峰，以减少离子的轴向逃逸。磁镜是稳态的聚变装置，预期口值较高，且结构简单，这些都是它比托卡马克装置优越的地方。然而它的轴向堵漏的研究开展未久，参与建堆的竞争是未来的事情。
磁约束聚变实现科学可行性上能量得失相当之后，研究的第二步却是不能轻而易举地完成的。第一壁要经受强的中子辐照，这方面迄今尚没有足够的经验，预期是困难的任务。此外，要能供给聚变堆系统的耗电而有净的输出，势必要求有比劳森判据更高的ne、τE及T值，也就是要求增益系数Q=（P＋Pn）/Pi有约大于10的值。磁约束聚变概念堆的横截面由堆芯高温等离子体及其外的真空壁、包层及磁场线圈所构成。主衰减层起到倍增中子（混合堆）、吸收中子、增殖氚及热传输等作用。
作为聚变研究第二步的第一代装置，即从科学上实现能量得失相当后到聚变实验动力堆的过渡，美国正拟建立研究堆芯的TFCD装置，欧洲共同体则拟建立NET装置，我国电于1984年建成一座中型的托卡马克——环流1号。前苏联则打算在T-15装簧实现得失相当后改为混合堆试验。由于混合堆降低对ne、τE的要求约一个量级，第一壁经受中子辐照的矛盾会得到缓和，这将是21世纪盛行的研究。
作为磁约束聚变研究的第二步，国际原子能协会筹划了INTOR（国际托卡马克堆）装置的设计，同时美国亦进行了类似的FED（聚变工程试验装置）的设计。它们的目标是在工程上达到：除自供实际的系统耗电功率Ps下略有输出（Pe≥0）。然而这些都是托卡马克型装置，在今后若干年内，磁约束新途径乃至惯性约束途径势必参与建堆候选者的竞争。未来的实用聚变堆必将出现各种型式。
无论是磁约束还是惯性约束途径，在研究过程中一方面要在各种装置上进行物理实验，另一方面又要进行大量的等离子体物理理论的研究。在受控聚变研究前进途中还存在着一系列的工程技术问题，诸如等离子体诊断技术、波加热与中性束注入加热技术、射束技术、超导技术、第一壁材料抉择、氚处理工艺、增殖包层设计、靶丸设计和远距离控制等等。这些技术问题的完满解决，会有助于聚变电站的早日实现。
围绕冷核聚变的争论
1989年3月21日下午1时，在美国犹他州盐湖城的犹他大学举行了一次新闻发布会。会上该校化学系主任斯坦利·庞斯教授和英国南安普敦大学的马丁·弗莱希曼教授宣布，他们用简单的重水电解装置，在室温下的钯电极中实现了持续的核聚变（后被称为冷聚变）。他们的实验是用99．5％的重水和0.5％的普通水，加入少量的氘氧化锂，制成电解液；用铂（Pt）作正极，用钯（Pd）作负极，在室温下进行电解。在实验过程中，测到了热效应（输出能量大于输入能量）和核产物（γ射线和中子）。
由于他们的实验装置非常简单，而且核聚变是在室温下进行的，所以一经宣布，立即引起了全世界的轰动，庞斯和弗莱希曼两位教授也就一下子出名了。这一发现似乎是打破了核聚变必须在上亿度高温下才能进行的传统观念，并使利用低成本的核聚变能有了希望。所以他们的发现被誉为“试管中的太阳”。许多人都认为，一旦这一实验被证实，他们肯定会获得诺贝尔奖。于是，一些著名的实验室和数百个实验小组加入了冷核聚变实验的行列，一场世界范围的冷核聚变研究的热潮开始了。伴随着研究的高潮，也出现了一场至今仍未见分晓的争论。
这一年3月30日，犹他州伯明翰·杨大学的物理学家斯蒂文·琼斯教授在哥伦比亚大学的一次学术活动中宣布，他独立地实现了冷聚变。只是他的实验结果与庞斯和弗莱希曼的实验结果有较大不同。琼斯的冷聚变是在钛电极中实现的，不过他在实验中所观察到的中子的量，大大小于庞斯和弗莱希曼所宣布的水平，且没有观察到热效应。所以这一情况没有引起更多的注意。
第二天，即3月31日，匈牙利的拉乔斯·科苏特大学实验物理系的两位物理学家久洛·奇考伊和泰勃·斯陶里奇考伊宣布，他们重现了庞斯和弗莱希曼的实验，观察到了热效应和中子。4月1日，日本农工大学的小山月教授也宣布他已经部分实现了庞斯和弗莱希曼的实验，观察到γ射线和氚等。
从4月10日开始，冷聚变的研究出现了高潮，几乎每天都有人宣布成功地实现了冷聚变。4月10日上午，美国得克萨斯A＆M大学的一个10人小组在新闻发布会上宣布，在他们的冷聚变实验中，输出的能量比输入的高20％—80％。
4月11日，美国乔治亚理工学院也举行了新闻发布会，宣布他们在冷聚变的实验中测到了中子，其信号比本底高13倍，另外他们还检测到了聚变的产物氚。
4月12日，前苏联莫斯科大学物理系固体物理实验室的研究小组报道他们重复了庞-斯和弗莱希曼的实验，测到了热和中子流。
4月17曰，捷克考美纽斯大学数学物理系的一个研l究小组宣布，他们用鬲灵敏度的探测仪测到了中子信号。同一天，犹他大学又举行了一次新闻发布会。庞斯在会上说，他们的冷聚变实验已被60多家单位所证实。他还说，他们最近的实验结果比以前更好，每立方厘米钯大约能产生67瓦的功率，而以前只有26瓦。4月18日，美国斯坦福大学的罗伯特·啥吉斯教授在新闻发布会上宣称，在他们的冷聚变实验中得到了比输入能量高50％的热效应。同一天，意大利国家替代能源委员会的以物理学家弗莱西斯科·斯卡拉莫为首的研究小组，宣布他们把金属钛的小片放入高压氘的容器里中，在液氮里冷却时测到了每秒数百个中子的信号。4月19日，原民主德国德累斯顿工业大学的一个研究小组用与庞斯和弗莱希曼实验相似的装置在0.09℃下，测到了每秒钟0.02个中子。4月22日，北京师范大学和中国工程物理研究院核物理与化学研究所都报道了他们在这类实验中测到了较强的中子信号……
然而，在这场冷聚变研究的热潮中，也有许多研究小组没有能够重复出庞斯和弗莱希曼的实验结果，特别是一些世界著名的研究机构发布了一些不利于庞斯和弗莱希曼的实验结果。4月25日，美国乔治弧理工学院正式发表声明，撤回他们以前的关于测到中子的结果。他们解释：这是由于中子测试仪对温度的敏感性导致了错误的结论。5月，在美国物理学会年会上，出席会议的大多数科学家都认为庞斯和弗莱希曼的实验结论不可靠。6月15日，英国政府的主要核聚变研究中心哈韦尔实验室宣布了他们的实验结果。这一实验室的10位科学家花了约3个月的时间，耗资50万美余重复了庞斯和弗莱希曼的实验，结果既没有观察到热，也没有发现中子。而且他们的实验是在与弗莱希曼的合作下进行的。