Μια αντίδραση σύντηξης συμβαίνει όταν οι πυρήνες ενώνονται σε έναν ενιαίο πυρήνα, απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες ενέργειας στη διαδικασία. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι θερμοκρασίες στις οποίες συμβαίνει αυτό είναι εξαιρετικά υψηλές — της τάξης των εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.
Η ψυχρή σύντηξη είναι ένας γενικός όρος για οποιαδήποτε αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνει ουσιαστικά κάτω από τις κανονικές θερμοκρασίες, αλλά χρησιμοποιείται συχνότερα για να περιγράψει μια αντίδραση χαμηλής θερμοκρασίας που μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας σχετικά κανονικές πειραματικές συνθήκες.
Το δευτέριο (ισότοπο υδρογόνου) θεωρείται συχνότερα ως η καλύτερη πιθανή πηγή ενέργειας με βάση την ψυχρή σύντηξη. Είναι άμεσα διαθέσιμο, έχει λίγα απόβλητα και παράγει μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Για το λόγο αυτό, η πλειονότητα της εργασίας που γίνεται στον τομέα της ψυχρής σύντηξης χρησιμοποιεί διάφορους καταλύτες που στοχεύουν στην πρόκληση μιας αντίδρασης χαμηλής θερμοκρασίας με το δευτέριο.
Αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει συνεπής τεχνική για τη δημιουργία μιας αντίδρασης ψυχρής σύντηξης που αποδίδει περισσότερη ενέργεια από αυτή που απαιτείται για τη διατήρηση της αντίδρασης.
Η τρέχουσα έρευνα για την ψυχρή σύντηξη είναι στην καλύτερη περίπτωση ανεπαρκής, μετά από μια ορμή ενθουσιασμού στα τέλη της δεκαετίας του 1980 που απέτυχε να ξεφύγει. Τα πειράματα Pons-Fleishman χρησιμοποίησαν οξείδιο διδευτερίου (βαρύ νερό) και μια πολύ απλή συσκευή. Ενώ δημιούργησαν ένα σύντομο κύμα λαϊκού ενδιαφέροντος, άλλοι επιστήμονες βρήκαν τα αποτελέσματα αδύνατο να αναπαραχθούν, και έτσι το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας γρήγορα εξαφανίστηκε.
Όλες οι γνωστές τεχνικές που υποτίθεται ότι παράγουν περίσσεια ενέργειας σε μια αντίδραση (που υποδηλώνει ψυχρή σύντηξη) φαίνεται να αψηφούν την τρέχουσα κατανόηση της πυρηνικής φυσικής. Τα δύο κύρια επιχειρήματα που χρησιμοποιούνται για να δικαιολογήσουν την αντίδραση ψυχρής σύντηξης (παλλάδιο ως καταλύτης ή σύντηξη δευτερίου σε ήλιο 4) δεν αντέχουν σε μεγάλο έλεγχο: η πυκνότητα του δευτερίου σε μια ράβδο παλλαδίου δεν φαίνεται επαρκής για να προκαλέσει σύντηξη και Η έλλειψη ακτίνων γάμμα δείχνει ότι το ήλιο 4 δεν παράγεται.
Προς το παρόν, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ συνιστά να μην χορηγηθεί πρόσθετη χρηματοδότηση για έρευνα στον τομέα της ψυχρής σύντηξης — με μικρές παραχωρήσεις για παρεμπίπτουσες δαπάνες για ιδιαίτερα ενδιαφέροντα πειράματα. Θεωρείται από το κυρίαρχο επιστημονικό κατεστημένο ως ένας ανέφικτος στόχος, παρόμοιος με μια ενοποιημένη θεωρία πεδίου ή ένα ταξίδι στο χρόνο.