Năng lượng hợp hạch (năng lượng nhiệt hạch) là năng lượng sinh ra trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Trong loại phản ứng này, hai hạt nhân nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một hạt nặng và giải phóng năng lượng lớn. Cụm từ năng lượng nhiệt hạch được dùng nhiều để chỉ nguồn năng lượng điện phát ra từ một nhà máy điện nhiệt hạch, tương tự như "năng lượng hơi nước". Hầu hết các nghiên cứu thiết kế nhà máy điện nhiệt hạch tập trung vào việc sử dụng nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng để quay một Tua bin hơi nước của máy phát điện. Quy trình này cũng tương tự như trong các nhà máy điện sử dụng nguồn nhiệt là dầu, than đá, khí đốt hay năng lượng phân hạch trong các nhà máy điện hạt nhân.