Branduolio sintezė yra procesas, kurio metu keli atomai, turintys tą patį krūvį, susijungia, kad sudarytų sunkesnį branduolį. Kai kuriais atvejais, priklausomai nuo masės, šio proceso metu energija gali išsiskirti arba įsisavinti. Tai labai svarbus energijos šaltinis.
Nors jis dažnai painiojamas su branduolių skilimu, greičiausiai dėl panašaus pavadinimo ir kartais panašių rezultatų, branduolių sintezė yra labai skirtingas procesas. Branduolio dalijimasis apima atomo branduolio padalijimą, o tai paprastai sukelia didelį energijos išsiskyrimą, kaip matyti iš branduolinių bombų. Taip ir dauguma atominių elektrinių gamina energiją.
Branduolio sintezė, kaip žmogaus sukurtos energijos šaltinis, vis dar vystosi, nors kai kurios branduolių sintezės jėgainės yra prijungtos prie interneto. Dauguma tokiu būdu pagamintos energijos, naudingos žmonėms ir kitoms gyvybės formoms, gaunama iš saulės. Sintezija yra procesas, kurio metu visos žvaigždės generuoja energiją.
Branduolinės sintezės generavimo problema yra ta, kad du atomai, turintys tą patį krūvį, yra arti vienas kito, nes šie atomai paprastai atstumia vienas kitą, o ne juda kartu. Tačiau suvienijus branduolinę jėgą pradeda perimti. Ši jėga pritrauks dviejų ar daugiau atomų branduolius vienas prie kito ir pradės sintezės procesą, tačiau tai atsitinka tik tuo atveju, jei jie yra pakankamai arti.
Norint, kad branduoliai būtų pakankamai arti vienas kito, kad susijungtų, reikia rasti būdą, kaip sujungti atomus. Daugeliu atvejų tai pasiekiama esant labai aukštam šilumos lygiui. Šiluma priverčia atomus pagreitinti, todėl jie gali įveikti elektromagnetinius polinkius atstumti vienas kitą. Nors iš pradžių tam gali prireikti daug energijos, gaunama energija dažnai yra daug didesnė nei iš pradžių suleidžiama. Kai kuriais atvejais sprogimo šiluma gali sukelti besitęsiančias branduolių sintezės reakcijas, vadinamas savaime išsilaikančiomis reakcijomis. Žvaigždės yra geras to pavyzdys.