Reakcija fuzije događa se kada se jezgre spoje u jednu jezgru, oslobađajući velike količine energije u procesu. U većini slučajeva temperature na kojima se to događa su iznimno visoke – reda milijuna stupnjeva Celzijusa.
Hladna fuzija je opći pojam za svaku reakciju nuklearne fuzije koja se događa znatno ispod normalnih temperatura, ali se najčešće koristi za opisivanje niskotemperaturne reakcije koja se može postići korištenjem relativno normalnih eksperimentalnih uvjeta.
Deuterij (izotop vodika) se najčešće smatra najboljim potencijalnim izvorom energije temeljene na hladnoj fuziji. Lako je dostupan, ima malo otpada i proizvodi velike količine energije. Iz tog razloga većina radova u području hladne fuzije koristi se raznim katalizatorima koji imaju za cilj izazivanje niskotemperaturne reakcije s deuterijem.
U ovom trenutku ne postoji dosljedna tehnika za generiranje reakcije hladne fuzije koja daje više energije nego što je potrebno za održavanje reakcije.
Trenutna istraživanja hladne fuzije su u najboljem slučaju mršava, nakon navale uzbuđenja kasnih 1980-ih koja nije uspjela. Pons-Fleishmanovi pokusi koristili su dideuterijev oksid (tešku vodu) i vrlo jednostavan aparat. Iako su stvorili kratak porast popularnog interesa, drugi znanstvenici su smatrali da je rezultate nemoguće ponoviti, pa je interes znanstvene zajednice brzo splasnuo.
Čini se da sve poznate tehnike za koje se tvrdilo da generiraju višak energije u reakciji (što ukazuje na hladnu fuziju) prkose današnjem razumijevanju nuklearne fizike. Dva glavna argumenta koja se koriste za opravdanje reakcije hladne fuzije (paladij kao katalizator ili fuzija deuterija u helij 4) ne podnose mnogo ispitivanja: čini se da gustoća deuterija u paladijevom štapu nije dovoljna da izazove fuziju, i nedostatak gama zraka ukazuje da se helij 4 ne proizvodi.
U ovom trenutku Ministarstvo energetike SAD-a preporuča da se ne dodjeljuju dodatna sredstva za istraživanje hladne fuzije – uz male ustupke napravljene za slučajnu potrošnju na posebno intrigantne eksperimente. Glavni znanstveni establišment smatra ga nedostižnim ciljem, slično jedinstvenoj teoriji polja ili putovanju kroz vrijeme.