במקום מאיץ חלקיקים, ניתן להיעזר בהעלאת טמפרטורה:
ידוע שהאנרגיה הקינטית של החלקיקים עולה עם הגדלת הטמפרטורה, והאנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיק שווה ל – 3kT/2.
אם נחשב על פי נוסחה זו מהי הטמפרטורה הנדרשת להקניית אנרגיה קינטית שתתגבר על כוחות הדחייה החשמליים, נקבל כי את תהליך המיזוג הגרעיני ניתן לבצע בטמפרטורות של כמאה מיליון מעלות.
(אמנם התבשרנו בשנים האחרונות על גילוי חדשני של תהליך מיזוג קר, אך התברר שאין לפרסום זה, לפחות עד היום, הוכחות מדעיות).
טמפרטורה גבוהה זו קיימת בתוך השמש (וכוכבים אחרים), ותהליך המיזוג הגרעיני הוא התהליך בו נוצרת האנרגיה בשמש. לצורך השוואה, הטמפרטורה במרכז השמש היא "רק" 15 מיליון מעלות.
כאשר המנגנון של הענקת אנרגיה לחומר הוא תרמי (העלאת טמפרטורה), מתייחסים לתהליך כ- "מיזוג תרמו גרעיני".
בטמפרטורות גבוהות, אטומי החומר נפרדים לגרעינים ואלקטרונים חופשיים, כך שנוצר ענן של חלקיקים טעונים הנקרא פלסמה.
פלסמה היא גאז מיונן, אשר כלפי חוץ הוא נאוטראלי מבחינה חשמלית, מכיוון שכמות המטענים החיוביים בו שווה לכמות המטענים השליליים.
תכונה ייחודית של פלסמה היא אבדן אנרגיה בצורת קרינה אלקטרומגנטית, כתוצאה מהאטת האלקטרונים העוברים בשדה החשמלי הנוצר על ידי היונים.
זוהי "קרינת הבלימה" (Bremsstrahlung), הנפלטת אל מחוץ לפלסמה.
החל בטמפרטורות רגילות, ועד לטמפרטורות של מאות אלפי מעלות, גדול קצב איבוד האנרגיה מהפלסמה מקצב המיזוג הגרעיני.
עם עליית הטמפרטורה, גדלים הן קצב איבוד האנרגיה, והן קצב המיזוג הגרעיני, אלא שקצב המיזוג הגרעיני גדל בקצב מהיר יותר.
הטמפרטורה בה קצב ייצור האנרגיה בתהליך המיזוג הגרעיני שווה לקצב איבוד האנרגיה נקראת "טמפרטורת ההצתה של הפלסמה האידיאלית" (בפלסמה אידיאלית אין איבודי חום נוספים לסביבה פרט ל"קרינת הבלימה").
טמפרטורת ההצתה היא הטמפרטורה המינימלית בה יכולה הפלסמה לספק לעצמה את האנרגיה שתשמור על הטמפרטורה שלה.
