Phản ứng tổng hợp deuteri, còn được gọi là đốt deuteri, là một phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra ở các ngôi sao và một số vật thể dưới lòng đất, trong đó một hạt nhân deuterium và một proton kết hợp để tạo thành hạt nhân heli-3. Nó xảy ra như là giai đoạn thứ hai của phản ứng chuỗi proton proton, trong đó một hạt nhân đơteri hình thành từ hai proton hợp nhất với một proton khác, nhưng cũng có thể tiến hành từ deuterium nguyên thủy.