核融合은 수소, 헬륨 등 가벼운 원소가 충돌하여 무거운 원소로 바뀌는 반응을 말하며 태양이 열을 발하는것과 같은 이치이다. 바닷물속에 0.015%의 비율로포함된 중수소를 연료로 사용할 수 있으며 방사성 물질이 발생하지 않는 등 장점이 많으나 고온, 고밀도의 플라즈마 처리기술이 개발 단계에 있어 실용화되기 까지는 아직도 상당한 시일이 필요하다.
중수소와 삼중수소를 1억도의 온도로 가열하면 핵융합 반응이 일어나면서 질량결손이 발생하며 결손질량 만큼의 에너지가 발생하는 것을 이용하는 것이 핵융합로이다. 그러나 중수소를 1억도로 올리는 과정이 매우 어려워 실용화하기가 쉽지 않다. 즉 지구상에는 1억도를 가둬 놓을 물질이 없기 때문에 그 대안으로 강력한 자기장을 만들어 그 안에 가둬 놓는 방법을 고안하여 실험해 왔다.
이와 같은 방식의 핵융합실험장치를 토카마크라고 하며 지난 '68년 소련의 아시모비치교수 팀이 처음으로 개발하였는데 현재 세계 4대 토카마크로는 유럽공동체의 JET, 미국의 TFTR, 일본의 JT6O, 러시아의 T10M이 꼽힌다. 일본원자력연구소는 그들이 가지고 있는 중수소이용 임계 플라즈마 시험장치인 JT60을 3개월간 가동한 결과 플라즈마 전류가 100만 암페어로 고압 가열시 플라즈마의 이온온도는 2.3억도를 초과했다고 밭표하였다.
국내에서는 기초과학지원연구소 주관으로 한국과학기술원, 한국원자력연구소, 서울대, 포항공대 그리고 한국중공업, 대우중공업, 삼성과 현대중공업 등 국내 산.학.연이 총망라되어 사업을 수행하고 있다. 전문가들은 21세기 중반에 이르면 상용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.
설비형 태양열 주택
설비형태양열 시스템이란 기계적인 동력을 이용하여 강제적으로 태양열을 저장하는 방식으로 지붕에 있는 집열판(solar collector)에서 뜨거워진 물을 펌프를 이용하여 지하실에 있는 축열탱크(storage tank)로 보내어 열을 저장하는 방식으로 이 축열탱크에 있는 물을 이용하여 난방 및 온수로 사용한다. 맑은 날에 축열탱크에 저장된 이 뜨거운 물로는 약 3일간의 난방 및 온수로 사용이 가능하며, 흐린날이 계속될 경우나 혹은 열이 충분하지 않을 경우를 대비해 보조열원이 지하실에 설치하고 있다.
물론 이 보조열원은 일반 가정집에 비해 용량이 적은 시스템이 설치된다. 또한 이 주택은 온실형을 채택하므로서 자연형 주택의 거실과 마찬가지로 태양열을 직접 받아 축열을 하며 온실로도 가능하다.
태양열 온수급탕기
주거생활에서 에너지소모가 가장 많은 것이 난방 및 급탕이다. 이 가운데 급탕에너지의 전부 또는 일부를 태양에너지로 대체하기 위해 저렴한 가격, 간편한 작동, 용이한 설치가 가능한 것이 태양열 온수급탕기인데 최근들어 급속한 보급이 이루어지고 있다. 태양열 온수급탕에서 요구되는 적정온도의 수준이 40℃∼ 60℃정도의 저온이므로 집열장치의 가격이 비교적 저가이고 단순하여 생산 및 설치에 경제성이 높으므로 다른 태양열 이용 분야보다 온수급탕 분야가 보급에 앞서 있다.
온수급탕은 1년 내내 필요하고, 다른 태양열시설, 즉 냉난방보다 시설의 사용시간, 이용율이 높고 설치 및 조작의 단순함 등이 경제성을 높이는 이유이다. 특히 에너지절약이라는 측면에서 온수급탕이 항상 저온의 온수(40℃∼ 60℃)를 가영하므로 평균 집열온도가 낮기 때문에 집열효과가 높아지므로 냉난방의 경우와는 달리 흐린날이나 겨울철 같은 때에도 온도가 그다지 높아지지 않더라도 그만큼의 에너지절약을 할 수 있다는 장점이 있다.
Batch형 온수급탕기
유리를 통해 들어온 태양열이 직접 탱크에 있는 물을 덥히는, 가장 간단한 구조로 되어 있으며, 아침에 물을 넣어 오후에 데워진 물을 사용한다.
박스의 측면과 바닥은 단열재로 하고 박스의 내부 는 다시 열반사재를 부착하였으며 전면부는 경사로 형성하되 샤시를 받쳐 이중유리를 끼우고 상하에 덮개를 경첩으로 설치하되 상부 덮개에는 조정기를 부착하고 덮개의 내부는 열반사 단열재를 설치한 구조이다.
즉, 탱크가 집열과 축열을 동시에 하며 탱크의 배열을 위,아래로 두어 뜨거워진 물이 되도록 위에 있는 탱크에 모이게 설계된 것으로서 기존의 온수기 중 가장 가격이 저렴하다.
자연대류형 온수급탕기
자연 대류형이라함은 집열판에서 데워진 열매체가 축열탱크에 있는 물을 데우는 방식으로, 펌프등의 동력을 사용하지 않고 뜨거워진 열매체가 위에 있는 축열조로 올라가 축열조안의 물에 열을 전달하고 차가워진 열매체는 다시 집열판의 아래쪽으로 들어가 태양에 의해 다시 가열이 되어 축열탱크로 올라가 열을 전달하는 열매체의 순환에 의해 축열조의 물이 데워지게 된다. 요즘 흔히 일반주택에서 설치되어 있는 모습을 볼수 있는 태양열 온수기는 모두 이 방식이다.
상변화형 온수급탕기
자연 대류형과 원리는 같으나 상변화 물질을 열 전달매체로 하고 열 교환기를 사용하게 되는데 자연순환에 의한 열 교환 형태로 온수를 가열하는 방식이다. 상변화(像變化)물질은 배관내에서 부식을 일으키지 않는 물질이며 일사되는 동안 집열기에서 액체상태에서 증기상태로 바뀌어 높은 열전달을 한다.
집열기가 태양열에 의해 가열되기 시작하면 액체상태의 상변화 물질은 증기상태로 바뀌고, 이것은 비중차에 의해 상승하며, 집열기 위헤 설치된 축열탱크내의 열교환기를 통과하면서 상변화 물질의 잠열이 물을 데우는 열교환이 일어나며, 이 증기상태의 상변화물질은 응축되기 시작한다. 그런 다음 응축된 상변화물질은 중력에 의해 집열기 하부로 다시 돌아가 순환을 계속하게 된다.
설비형 태양열 주택 
유리를 통해 들어온 태양열이 직접 탱크에 있는 물을 덥히는, 가장 간단한 구조로 되어 있으며, 아침에 물을 넣어 오후에 데워진 물을 사용한다.
자연 대류형이라함은 집열판에서 데워진 열매체가 축열탱크에 있는 물을 데우는 방식으로, 펌프등의 동력을 사용하지 않고 뜨거워진 열매체가 위에 있는 축열조로 올라가 축열조안의 물에 열을 전달하고 차가워진 열매체는 다시 집열판의 아래쪽으로 들어가 태양에 의해 다시 가열이 되어 축열탱크로 올라가 열을 전달하는 열매체의 순환에 의해 축열조의 물이 데워지게 된다. 요즘 흔히 일반주택에서 설치되어 있는 모습을 볼수 있는 태양열 온수기는 모두 이 방식이다.