Susiliejimo reakcija įvyksta, kai branduoliai susijungia į vieną branduolį, o proceso metu išsiskiria daug energijos. Daugeliu atvejų temperatūra, kurioje tai įvyksta, yra labai aukšta – apie milijonus laipsnių Celsijaus.
Šaltoji sintezė yra bendras terminas, apibūdinantis bet kokią branduolių sintezės reakciją, kuri vyksta iš esmės žemesnėje už normalią temperatūrą, tačiau dažniausiai vartojamas žemos temperatūros reakcijai, kurią galima pasiekti naudojant gana įprastas eksperimentines sąlygas, apibūdinti.
Deuteris (vandenilio izotopas) dažniausiai laikomas geriausiu šaltos sintezės energijos šaltiniu. Jis yra lengvai prieinamas, turi mažai atliekų ir gamina daug energijos. Dėl šios priežasties didžioji dalis darbų šaltosios sintezės srityje naudoja įvairius katalizatorius, kuriais siekiama sukelti žemos temperatūros reakciją su deuteriu.
Šiuo metu nėra nuoseklios šaltosios sintezės reakcijos generavimo metodo, kuris duoda daugiau energijos, nei reikia reakcijai palaikyti.
Dabartiniai šaltosios sintezės tyrimai geriausiu atveju yra dėmėti, po devintojo dešimtmečio pabaigoje kilusio jaudulio, kuris nepasisekė. Pons-Fleishman eksperimentuose buvo naudojamas dideuterio oksidas (sunkusis vanduo) ir labai paprastas aparatas. Nors jie sukėlė trumpą visuomenės susidomėjimo bangą, kiti mokslininkai nustatė, kad rezultatų neįmanoma pakartoti, todėl mokslo bendruomenės susidomėjimas greitai sumažėjo.
Atrodo, kad visi žinomi metodai, kurie reakcijoje generuoja energijos perteklių (tai rodo šaltą sintezę), prieštarauja dabartiniam branduolinės fizikos supratimui. Du pagrindiniai šaltosios sintezės reakcijai pateisinti naudojami argumentai (paladis kaip katalizatorius arba deuterio sintezė į helio 4) neatlaiko daug dėmesio: deuterio tankis paladžio lazdelėje nėra pakankamas sintezei sukelti, ir gama spindulių trūkumas rodo, kad helis 4 negaminamas.
Šiuo metu JAV Energetikos departamentas rekomenduoja neskirti papildomo finansavimo šaltosios sintezės tyrimams – su nedidelėmis nuolaidomis dėl atsitiktinių išlaidų ypač intriguojantiems eksperimentams. Pagrindinis mokslo institutas jį laiko nepasiekiamu tikslu, panašiu į vieningą lauko teoriją ar keliones laiku.