与核裂变不同，聚变反应并不以热的形式释放大部分能量。
将聚变能有效地转换为电能比转换裂变核能更具有挑战性和复杂性，在裂变核能中大约98%的能量以热能的形式释放出来。
在DT聚变中，最可能首先利用聚变反应产生可控的聚变能量释放，80%的能量释放到14MeV的中子中，只有20%的能量释放为阿尔法粒子，可以很容易地在某些介质中吸收成为热量。
从海水中分离出来的氘的D-D聚变不是一种聚变反应，在磁约束聚变装置中被认为是实用的，目的是产生能量增益的聚变（来自聚变反应堆的功率比运行聚变反应堆需要的更多）。这是因为在我们所知道的MCF聚变装置中，D-D聚变反应速率太低，导致D-D聚变的能量无法达到收支平衡。然而，惯性约束聚变的情况是不同的。在使用从海水中分离出来的纯氘燃料的惯性约束聚变反应堆中，具有商业意义的D-D聚变是可行的，但不幸的是，在这种情况下，能量转换有些复杂，从D-D聚变释放的能量约66%作为高能中子释放。
氘燃料的D-D聚变通过四种反应产生能量：
D + D -> He-3 + n + 3.268 MeV
D + D -> T + p + 4.03 MeV
（侧链）
D + T -> He-4 + n + 17.588 MeV
He-3 + D -> He-4 + p + 18.34 MeV
这四种融合反应合在一起的净效应是：
6 D -> 2 He-4 + 2p + 2n + 43.243 MeV
虽然66%的D-D聚变能量是在聚变中子中释放的，但也有相当一部分能量是在带电质子和阿尔法粒子中释放的。
与带电粒子不同，不带电的中子不受磁场的限制，因此不能轻易地将其直接转化为电能。
一些第一代核聚变电站的概念具有早期的能量转换设计，主要利用核聚变热产生电力，并利用高能中子中80%的核聚变能量在装满锂-6的孕育毯中培育氚。
为D-D聚变电站提出能量转换系统是可能的，该系统试图捕获D-D聚变快中子释放的一些能量，并将这些能量转化为热量。对于这样一个系统，中子必须在某些介质（如熔融的锂）中减速，将介质加热到小于10^3K的温度。然后将锂毯中收集的热量从介质中取出，用于驱动涡轮发电机。不幸的是，将核能转化为电能的卡诺效率约为30%。
利用锂毯捕获聚变中子中的一部分能量，即DT聚变释放能量的80%和D-D聚变释放能量的66%，能量转换效率很低，总体不超过24%。此外，液态金属锂在第一代聚变反应堆中可能存在的温度下非常易燃。使用热熔金属锂作为中子吸收-冷却剂可能会危及第一代聚变反应堆的本质安全性。我们应该努力设计出我们所知道的最安全的商业聚变反应堆。我认为最好考虑在第一代聚变反应堆中使用更安全的冷却剂，比如熔融盐。在大型事故中，熔盐与空气或水接触后不能自燃，从而危及聚变反应堆的整体安全。
虽然这个相对较低的24%的聚变能转换成电能的效率在我们目前知道如何建造的磁约束反应堆中无法克服，但在惯性约束聚变电站中可以克服。
ICF聚变电站（DT和DD）可以通过在惯性约束聚变靶周围包裹一层足够厚的液氢层和一层薄薄的硼层，从而产生一个热等离子火球，从而实现更高的能量转换效率。氢层的厚度和密度必须足以被中子加热到10万摄氏度。这样产生的、完全电离的、迅速膨胀的氢火球可以驱动脉冲磁流体动力发生器，其卡诺效率几乎为100%。
更高级的聚变反应，如p-B11和He3-He3，以带电粒子（质子和阿尔法粒子）的形式释放较大比例的聚变能，可以利用直接收集的带电粒子对抗磁场或静电场，或直接收集粒子在固定屏幕上，将聚变能转化为带电粒子电能在高效率。
静电直接转换利用带电粒子的运动产生电压。这个电压驱动电线中的电流。这就变成了电能。它通常被认为是相反的。通常，电压使粒子运动。直接转换则相反。它利用粒子的运动产生电压。它被描述为一个向后运行的线性加速器。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的波斯特是这种方法的早期支持者。他提出了一种方法，在聚变反应堆耗尽带电粒子的动能时，捕捉它们的动能，并将其转化为电压，从而驱动电线中的电流。Post博士帮助建立了直接转换的理论基础，后来LLNL的William Barr博士和ralph Moir博士证明了这一点。他们在1981年的串联镜实验中展示了48%的能量捕获效率。在随后的几十年里，先进聚变反应中产生的带电粒子能量转化为电能的效率高达80%，这大约是目前最好的火电厂涡轮发电机在将热转化为电时所能展示的效率的两倍。
