همجوشي هسته‌اي (nuclear fusion) واکنشي ميان دو هسته اتمي است که آن دو به هم مي‌پيوندند و هسته‌اي سنگين‌تر را مي‌سازند.
خورشيد به يمن واکنش‌هاي همجوشي که در آنها هسته‌هاي هيدروژن به هليوم تبديل مي‌شوند، پرتوافشاني مي‌کند.
از آنجايي که همه هسته‌هاي داراي بار مثبت الکتريکي هستند، همجوشي به طور معمول تنها در درجه حرارت‌هاي بسيار بالا در حد ميليون‌ها درجه سانتي‌‌گراد رخ مي‌دهد، يعني در شرايطي که برخوردهاي ميان هسته‌ها آنقدر پرانرژي هست که بر نيروي دافعه الکتريکي ميان دو هسته غلبه کند.
به خاطر اين ضرورت درجه حرارت بالا، رآکتورهاي همجوشي هسته‌اي تا به حال ساخته نشده‌اند، اما تجربيات اکنون در زمينه قرار دادن گاز هيدروژن بسيار داغ يونيزه در معرض ميدان‌هاي مغناطيسي قوي يا ليزرهاي قدرتمند است، صورت مي‌گيرد.
در حاشيه هم بد نيست بدانيد که در سال 1989 دور شيمي‌دان مدعي شدند که همجوشي هسته‌اي را در آب در درجه حرارت اتاق مشاهده کرده‌اند. اين يافته‌ها هرگز ثابت نشد. براي همين است که اصطلاح "همجوشي سرد" تقريبا به معادلي براي تقلب علمي بدل شده است.