核裂变倾向于使用放射性燃料（U235、U238、Pu239），并产生放射性废料（裂变产物和Minor锕系元素）的混合物，其放射性毒性可持续几十年至几十万年。
简而言之：一些重要的聚变反应使用完全非放射性的核燃料，并产生完全非放射性的核废料。例外是使用轻度放射性氚的聚变反应（半衰期12.3年）。许多聚变反应堆内使用的核燃料（氘）是完全无放射性的，聚变反应产生的核废料（氦-4和中子）也具有最低的放射性。从产生高水平核废料的角度来看，核聚变是一种更清洁的核过程，这些核废料必须封存数亿至数百万年。
更长的回答（带有有用的背景和放大）：尽管第一个成功的聚变反应堆将使用D-T聚变反应，并将燃烧氘和氚的组合，因为D-T聚变的反应速率对于我们目前知道如何建造的聚变装置来说更高。从长远来看，地球上最重要的聚变形式可能是从海水中分离出的纯氘的D-D聚变。氘核燃料的完全转换释放出每公吨氘250 x 10^15焦耳的能量。世界海洋中的氘数量估计为4.6 × 10^13公吨。海水中的氘可以产生大约5 × 10^11 tw年的能量。2016年，整个地球大约消耗了17 tw年的能量，这意味着海水中氘的能量含量足以供应295亿年的能量。
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D-D反应发生的温度高于磁约束托卡马克通常能达到的温度，而且通常具有较低的熔合截面，导致相对于D-T聚变在地球上的熔合反应速率较低。D-D聚变更为复杂，并伴随着多个聚变副反应进行，但当所有侧链都运行到完成时，D-D聚变实际上产生的能量比D-T聚变的起始反应物质量更多。D-D聚变产生T和He3，后者在二次反应中与d一起燃烧。这实际上在早期的热核试验中得到了证明，比如1952年的1000万吨级Ivy Mike裂变触发的氘实验试验。
