核聚变电厂如何运作？通常是采用所谓的托卡马克装置，这是一种环形（看起来像甜甜圈）的核聚变反应器类型。环形装置内的磁铁可约束温度和压力极高的等离子体，以达到与太阳类似的条件（实际上温度会比太阳还高，因为太阳上的压力更大，需要的温度就降低了）。在环形反应室内，将氢同位素（氘和氚）加热到1亿度，以触发聚变，如果这个过程能够自维持持续进行，无需再添加任何能量，那么反应器才能被确认成功。
反应器试验成功之后才会进行进一步的商业化开发，建造真正的核反应电厂。核聚变电厂的能量产出效率极高，但是有后顾之忧只需要少量的燃料就可以产生巨量的能量，这是核反应的特色，因为它的燃料是物质的质量，是完全损失掉物质的质量以爱因斯坦质能方程（E=mc^2）的关系输出能量，因为质能方程中的系数c^2是个非常大的数（9*10^12），因此一点点质量就可以转换为大量的能量。
但是核电厂的原料成本和维护成本也比较高，诸如要实现氘氚核聚变需要的氘和氚就比较难提取。氘相对丰度较高，每6420个氢同位素原子中就能找到一个氘原子，而氚相对较少。幸运的是，氚可以通过锂的核反应来生成。锂在自然界相对丰富，可以从溶解在海水中的盐中提取，这个成本是负担得起的。国际热核实验堆（ITER）估计，锂矿可以提供足够的锂来为聚变电厂提供1000多年的电力，而海水中的锂可以满足大约六百万年的整个世界能源需求。
氚也是一般核电厂裂变堆的副产物，也可以在聚变反应过程中用“锂覆盖层”产生。从聚变中使用的等离子体中逸出的自由中子与反应堆堆芯“覆盖层”壁中所含的液态锂相互作用，可以生成氚，然后可将其用于反应本身。这个过程被称为“氚繁殖”。上图：氚繁殖示意图。也就是说聚变反应堆的氚原料大体上是自给自足的。另外，液态锂覆盖层将为核聚变提供冷却，并为从反应中提取有用的能量提供了一种途径。
锂覆盖层将是一箭双雕，既可提供维持反应的燃料来源，又可提供冷却剂来源。福岛核电站现在想向太平洋倾倒的就是富含氚的放射性污水（氚有轻微的β衰变，就是发射出电子，而氘没有放射性）。世界上所有核裂变反应堆都可以生产生氚。所以说不定可以让核聚变发电厂跟核裂变发电厂协作一下，由核裂变发电厂为核聚变发电厂提供“点火”的电能，同时也提供氚燃料，这不是一举两得吗？除了燃料问题，核聚变释放的中子会逐渐损耗核聚变容器，使得容器壁上的物质变得具有放射性，核聚变设施需要不断更换，处理这些更换下来的废件需要严密的放射性防护措施，这也会极大的增加核聚变的成本。
目前科学家们还没有走到这一步，估计下一步这些现实的商业化问题会给人类开启核聚变能带来强大的经济学阻碍（技术不是问题，但成本是问题）。可控核聚变面临的真正问题阻碍核聚变成为有效的能源的因素主要在于反应堆之外——包括过高的成本，安全问题以及维持聚变反应所需的严酷条件。核电面临的首要问题就是是相关的财务成本。
根据西方估算：2016年，建造和运营核电站的资本成本为每千瓦5945美元，而最先进的燃煤电厂的成本从226美元到5084美元不等。天然气发电厂的成本为678美元到1342美元不等。考虑到资金成本和能源生产成本，目前的核电厂是第二昂贵的电厂。核聚变电厂的总资本投资估计为85.25亿美元。 目前聚变发电的平均电成本（电厂整个生命周期的成本之和除以所产生的电能的总和）估计为每毫瓦时117美元，这显然太太太贵了！上图：各种电厂的平准化发电成本。
从左到右：核裂变、煤炭、天然气、在岸风能、核聚变、太阳能、离岸风能。浅蓝色是最低值、深蓝色为最高值、黄色曲线是平均值。至于海水淡化用来灌溉塔克拉玛干沙漠只要有能量，这一点都不是问题，包括建立灌溉渠道的能量也都能包含在里面。甚至你想灌溉撒哈拉沙漠都不是问题啊。但实际上建设一个把印度洋的水汽引入新疆腹地的设施可能会更顺其自然，毕竟灌水只是治标不是治本，塔克拉玛干沙漠干燥的原因是蒸发量大于降水量，不是灌水就能解决气候问题的。
要让水汽和云能够飘过去，提供充足的自然降雨才行。上图：地形造成的干旱才是沙漠的主要成因。总结可控核聚变可能是人类下一次能源革命的根本动力，因为核聚变释放的能量非常稳定。但是商业化还存在着一些问题，诸如燃料问题，这个似乎从技术上还比较好解决，但是发电成本在人类目前的生产力阶段似乎还很高，似乎还不具备相关的经济条件。
