惯性约束核聚变 (Inertial Confinement Fusion)实际上是一种“不约束”核聚变，它与磁约束方案采用截然不同的思路，通过在极短时间(<10)内对聚变燃料输入极高密度的能量，使得燃料核聚变的时问尺度远快于库伦爆炸的时间尺度，因此惯性聚变所涉及的物理也与磁约束聚变十分不同。
上世纪四五十年代，人类能够实现如此高的能量密度输出的方案只有一个——原子弹爆炸。氢弹就是利用原子弹核裂变爆炸瞬间产生的能量引发核聚变的，可以大约归为惯性核聚变的范畴，但这一过程是不可控的。
因为核裂变爆炸的临界质量决定了它的破坏力是有最低限度的，人类直到现在还无法制造出小型氢弹或者纯核聚变氢弹，并且核爆所产生的核污染也是人类无法接受的，而传统核裂变反应堆的可控链式反应产能又太过温和。
所以，人类必须找到可以替代核裂变爆炸的高密度能量源来“点燃”核燃料，随着激光和粒子加速技术的发展，人类有了新的高密度能量源。
二十世纪六七十年代，人们曾经以为核聚变成功点火很快就能实现，因为惯性约束点火所需的能量以人类当时的技术水平似乎并不难达到，而直到五十年后的2022年，人类才第一次勉强实现能量增益点火。
这是因为在点火过程中，无论激光还是粒子束，它们的大部分能量都不会用来点燃聚变燃料如下图所示：
而最终辐照到靶丸上的能量也会由于各种不稳定性损失掉一部分，所以如何提高加热效率成为了 ICF 最重要的研究课题。
传统的ICF 点火过程如图 (a)所示：
燃料靶丸形状为球体，最外层为烧灼层，中间层为氛氟燃料固态或液体，最内层为气氛燃料气体，当激光或者粒子束能量源均匀的辐射到靶丸表面时，烧灼层开始剧烈燃烧溅射，并向内压缩燃料球使其内爆至原体积的 90%。
内爆过程使得燃料极速升温并进入等离子体状态。
此时的等离子体的径向参数整体上呈现中心温度高，密度低的状态，这是由点火前的燃料分布决定的中心高温区若到达 Lawson判据则会发生大量热核聚变反应，所生成的能量向外传播进一步点燃所有外层燃料，使得整个靶丸内的大部分氛氛燃料都通过聚变反应消耗掉。
这样就完成了一次ICF 点火，这种点火方式为直接驱动点火，而现在更多被实验采用的点火方式为间接驱动点火，如图(b)所示：
间接点火方案将燃料靶丸置于一个圆柱形黑体辐射空腔内，多束激光从空腔的上下两端对称入射，首先加热空腔内壁，形成高能X射线均匀的辐照在燃料靶丸上，通过X射线间接完成压缩加热点火的步骤。
目前世界上最大间接点火实验装置为美国国家点火装置(National Ignition Facility)，NIF也是世界上最大的惯性聚变实验设备，装备了世界上能量最高的激光器，192路激光将MJ量级的能量输入当毫米量级大小的气氛燃料靶丸内，如图所示：
ICF点火的过程大致可以和内燃机一次爆燃循环类比，它们都需要经过压缩、点火、爆燃三个阶段传统的ICF 点火更像是柴油发动机：雾化柴油被活塞压缩到一定密度将自动爆燃，而汽油发动机则需要在燃料被压缩到最大密度的同时通过火花塞点火.类似汽油机这样点火的聚变方案就是快点火。
快点火是上世纪 90 年代由Max Tabak等人设计的一套效率更高的ICF点火方案，如图(c)：
其主要思想是将燃料压缩过程与点火过程分离开来，首先将燃料压缩成没有热斑产生相对低温高密度状态，然后利用皮秒拍瓦量级的超短超强激光加热预压缩过的靶丸，产生MeV量级的超热电子加热离子以实现点火。
这一技术的开发也得益于啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)技术的出现。它使得在更短时间内更高激光能量密度的输入成为可能。
近年来，快点火的研究在国内也有不少发展.中国人大王伟民教授团队2015年提出了磁场辅助的快点火方案，模拟发现该方案中被强磁场约束的快电子能有效提高激光强度。
九院团队发现超热电子束在被压缩成长条形的靶丸中传输产生的感生磁场能有效约束燃料等离子体，从而大幅增加聚变中子产额。
上海交通大学张杰院士团队在2020年正式发表了双锥对撞点火方案，DCI点火有四个主要物理过程：准等压缩，加速，对头碰撞以及燃料快速加热。如图所示：
两个相对放置的金锥内装填有燃料壳层，经过激光烧蚀内爆后从金锥喷口以上百千米每秒的速度喷出，两团经过了等熵压缩的高速高密度燃料对头碰撞将动能转化为热能且获得更高的密度。
与此同时，由ns激光产生的强磁场引导两束ps激光产生的MeV量级电子被注入到燃料中进行辅助点火研究发现金锥可以有效减少压缩燃料所需的能量。而对头碰撞可以将 300g/cc的燃料预热到上千个电子伏特(上千万度)。
惯性约束聚变的物理研究比磁约束更加依赖于计算机模拟，这是因为磁约束装置中存在一个稳态运行的平衡等离子体，围绕这一平衡所产生的不稳定性相对于平衡本身十分微小，这样的微小扰动与平衡等离子的几何位形耦合形成了丰富线性物理，线性物理的结果大部分情况下都可以解析或者半解析地得到。
尽管真实磁约束装置的物理过程肯定是由非线性物理主导的，但这些非线性现象可以在一定程度上基于线性模式之间的相互作用来研究。
而在惯性聚变中，燃料靶丸点火爆燃的过程几乎没有线性物理存在的空间，等离子体作为一个整体在极短的时间内发生毁灭性的演化,这样的完全非线性过程只能通过计算机来模拟，而几乎完全没有解析计算的空间。
当然，无论是惯性还是磁约束，随着聚变能源科学的工程化，留给理论学家的工作已经越来越少了，这并不意味着解析理论的重要性在降低，它仍然是分析模拟实验结果、理解现象背后物理内涵的重要工具。
高能量密度物理系统一般指原子间平均相互作用约为leV量级的系统，原子平均体积为10-30m-3量级因此高能量密度是指1011J/m或1Mbar量级的能量密度量子等离子体这一概念其实离我们并不遥远。
实际上，常温的金属就可以理解为一种广义上的量子等离子体，因为金属中的自由电子与等离子体中的电子的行为是十分类似的,而金属的密度又远高于经典的等离子体（如尘埃等离子体和磁约束聚变等离子体），其中电子的行为必须要用量子力学来描述。
上个世纪的惯性约束实验都是高温高密度的，因此ICF的研究一般不涉及到量子效应，而随着近二十年来惯性约束实验的发展，越来越多的实验室产生了简并的量子等离子体。
事实上，类似快点火和双锥点火这样先压缩再点火的惯性点火方案通常都将产生量子简并等离子体。
另一方面，在天体物理中，高能量密度系统是十分常见的。比如巨行星、褐矮星以及行星内核的起源和演化过程，星际物质的透射率，简并等离子体对流(如氮闪)，燃烧等离子体等研究都依赖于人们对高能量密度系统的理解，高能量密度天体的研究也得益于实验技术水平发展，人们能够在实验室模拟天体中的极端环境。
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