Sono gli elementi leggeri ad essere coinvolti nel processo di Fusione, dal quale si otterranno nuclei pesanti.
Il processo è analogo a quello che avviene nel Sole e nelle stelle e potrebbe essere prodotto artificialmente anche sulla Terra.
Oltre alla formazione di nuovi elementi, la fusione nucleare comporta la formazione di una grandissima quantità di energia. Basti pensare che, se si unissero due protoni e due neutroni tanto da formare una particella a, si libererebbero 26 MeV (1 eV = 1,60219 x 10^-12erg).
Non è, però, così semplice come sembra; infatti, fondere due nuclei comporta l'avvicinamento dei protoni dei due nuclei e, come è ben noto, cariche uguali si respingono. Per superare questo ostacolo, i neutroni devono porsi tra i protoni e affievolirne le forze di repulsione; ma ciò non basta. Per far sì che la fusione avvenga, sono necessarie temperature elevatissime, che ancora oggi è quasi impossibile raggiungere.
Dalla fusione nucleare si ottiene un'enorme quantità di energia, dovuta al difetto di massa: una volta che i due atomi si fondono, la loro massa non è pari alla somma delle masse dei due nuclei, ma minore. La materia non si crea né si distrugge, ma può convertirsi in energia: è questo ciò che avviene durante la fusione nucleare.
Comunque, la formazione della particella a è più un qualcosa di teorico che di pratico, perché in realtà la fusione di quattro nuclei avviene mediante un ciclo di reazioni dove determinati elementi si scompongono e poi ricompongono avendo agito da catalizzatori, ma avendo contribuito alla formazione di enormi quantità di energia.
Due sono i processi più importanti:

1. Il cosiddetto Ciclo del Carbonio, dal quale si ricavano 25 MeV e dove quattro protoni si combinano a formare ⁴He:

 

12C + 1H è13N + g 1,93 MeV

13N è13C + e+ + n + g 1,20 MeV

13C + 1H è14 N + g 7,60 MeV

14N +1H è15O + g 7,39 MeV

15O è15N + e+ +n + g 1,71 MeV

15N + 1H è12C + 4He 4,99 MeV

da questo secondo ciclo impiegando due nuclei di idrogeno si ottengono 19 MeV di energia:
 

1H + 1H è1H + e+ + n 0,41 MeV

2H + 1H è3He + g 5,51 MeV

3He + 3He è4He + 2 1H + g 12,98 MeV

Anche sulla Terra si è cercato di riprodurre artificialmente il processo di fusione, anche se è molto complicato a causa delle elevate temperature che si dovrebbero raggiungere e mantenere poi le stesse.
Bisognerebbe, infatti, produrre un plasma, cioè una miscela neutra di elettroni e ioni, e mantenerlo ad un'alta temperatura di circa 10 eV, cioè 1,16 x 10^{80 °}K. Inoltre il plasma dovrebbe essere confinato da un campo magnetico con una data pressione, ma ciò vale solo per un determinato tempo, perché poi il plasma fuoriesce dalla regione nella quale è confinato. Bisognerebbe, pertanto, somministrare dell'altro calore.
Possono avvenire i seguenti tipi di fusione utilizzando gli isotopi dell'idrogeno, il Prozio (P), il Deuterio (D) e il Trizio (T):

D + D è 3He + n

D + D è T + p

D + T è 4He + n

D + 3He è 4He + p

T + T è 4He + n + n

P + D è 3He

Inoltre i prodotti della fusione non sono radioattivi e la fonte primaria di energia, il Deuterio, può considerarsi inesauribile essendo presente nell'acqua di mare.

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Reazioni nel sole