Mesin ini menggunakan prinsip fusi. Konsep fusi nuklir memang sederhana, yaitu menggabungkan 2 inti atom menjadi satu seperti pada bom hidrogen, kebalikan dari fisi yang memecah inti atom seperti pada bom atom, tapi pada kenyataannya untuk melakukannya sangat sulit. Ini dikarenakan 2 inti atom sama-sama bermuatan positif sehingga keduanya saling tolak-menolak, dan memaksanya untuk bergabung menjadi satu adalah hampir mustahil kecuali dengan menggunakan suhu yang sangat tinggi sehingga inti mempunyai cukup energi untuk bergabung.
Dan itulah yang terjadi pada matahari. Di sana panas dihasilkan dari fusi inti hidrogen. Panas dari fusi ini digunakan lagi untuk memicu reaksi fusi berikutnya, semacam reaksi berantai sehingga suhu pada inti matahari mencapai 15 juta Kelvin.
Pada mesin ITER ini menggunakan isotop yang lebih berat yaitu deuterium dan tritium, sedikit lebih mudah untuk dibakar (Baca: digabungkan) daripada hidrogen. Fusi ini akan menghasilkan 10x suhu inti matahari. Bahan bangunan biasa tidak akan mampu menampung plasma elektron dan inti atom yang memiliki panas sedemikian tinggi, sehingga digunakan tempat/wadah yang terbuat dari medan magnet. Untuk membuat wadah magnetik, ITER akan menggunakan gulungan kawat superkonduktor niobium-aloy dengan berat total 10.000 ton dan didinginkan dengan helium cair.
ITER mengikuti desain dari beberapa eksperimen reaktor kecil di mana fisikawan telah mencapai suhu yang diperlukan untuk fusion. Bahan bakar nuklir ditampung di dalam reaktor berbentuk cincin yang disebut tokamak. Medan magnet diluar cincin ITER menghasilkan medan berputar untuk menjaga plasma yang super panas tetap berada di tempatnya. Sedangkan diluar wadah magnetik terdapat sebuah ruang vacum/hampa yang membatasi bagian dalam ITER dimana terdapat plasma yang sangat panas dengan bagian luarnya.
