相对于化石能源的有限储量，氘和氚在海洋中可以说无处不在，其含量高达几十万亿吨，几乎是无穷无尽的。氘和氚是自然界中最容易实现核聚变反应的元素，如果将海水中蕴含的氘和氚全部用于核聚变反应，其释放出的核聚变能足够人类利用上百亿年。所谓核聚变能，简而言之就是等离子态的较轻原子核聚合为一个较重原子核的变化过程中所释放出的能量。这一剧烈的能量释放过程遵守自然科学中着名的质能方程。原子弹（核裂变）、氢弹（核聚变）正是基于这一原理而成为现实的。

在进行核聚变反应时，氘和氚元素处于等离子态。我们知道，物质通常被分为固态、液态、气态三种物理状态。事实上，自然界中还存在不属于这三种状态的情形，等离子态被称作是物质的第四态，它是一种物质经过充分电离、整体呈电中性的物理状态。普通大众通常对等离子态的概念比较陌生，其印象一般是源于等离子电视的宣传或称谓。其实日常生活中经常可以接触到等离子态，只是我们不注意而已，如蜡烛的火苗、电焊的弧光等就是典型的等离子态物质。

当等离子态的氘和氚进行聚合反应时，反应温度高达几千万甚至上亿摄氏度。如果同时还具备足够长的能量约束时间及其他附加条件，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。太阳之所以炙热无比，正源自于太阳内部无时无刻不进行着剧烈的核聚变反应；氢弹之所以威力惊人，利用的也正是核聚变反应时瞬间所产生的巨大能量。目前，全球为数不多的国家正在实施受控核聚变的前瞻性研究计划，与之相关的托卡马克系统的研制也取得了初步的进展。托卡马克系统俗称为“人造太阳”，即通过人工环境模拟太阳内部的核聚变过程，以便获得巨大的核聚变能供人类所需。如果受控核聚变的研究真正大获成功的话，则意味着人类社会不用再单靠自然界的太阳提供一切能量了，需要的时候人们可以制造出“太阳”来满足自身对能量的需求，这将一劳永逸地解决人类社会的能源短缺问题。然而，利用核聚变能的最大困难不在于实现核聚变反应，而恰恰在于实现受控。即核聚变反应瞬间所积聚的巨大能量需要按照人们的意愿缓慢释放，如在半年或一年的时间内释放完毕，这样才能达到利用的目的。否则像大自然的闪电一样，尽管瞬间产生强大电能，但同样瞬间即逝，利用价值基本上为零。如果人类利用核聚变能就像氢弹爆炸过程那么迅猛的话，这种不可控制的能量瞬间释放恐怕就不是福音了，只会给人类带来巨大的灾难。

事实上，作为“人造太阳”的托卡马克系统说起来不难理解，但实践起来却是异常困难。自从上世纪50年代托卡马克系统出现于前苏联以来，至今已经过了大半个世纪。由于认识问题的角度和理解的程度不同，圈子外的普通民众总是比较性急，认为研究人员无能，进展缓慢；圈子内的研究人员认为这已经很快了，研究进展的速度并不比高能加速器及计算机芯片领域的进展慢。在专业研究人员看来，就是这么快的发展速度，21世纪中叶以后人们才会比较务实地谈论核聚变发电的远景方案。如果说2050年实现商业化，那听起来仍然像是天方夜谭。其开发的周期之所以比较长，原因在于，类似托卡马克系统这样的大科学工程需要足够的时间和资金投入，一代又一代的大规模装置需要相继建造，不能跨越，更不能违背科学规律而意气用事，这种时间过程上的积累是无法逾越的。而其他如从月球上获取大量的氦-3元素，从而相对容易的实现核聚变反应，这些设想更是泛泛之谈。氦-3反应堆的等离子体参数要求比托卡马克系统更高，而且世界各国至今还未遴选出公认最佳的等离子体约束方案。至于氦-3反应堆何时真正形成气候，着实难以预料。人类现在研制的托卡马克系统还处于最初的低级阶段，其释放能量的最长时间仅为几百秒，远远达不到作为能源加以利用的时间周期要求，距离大规模商业应用更有很长的一段路要走，至少需要几十年乃至上百年的时间，核聚变能也因而被认为是遥远的能源。