Токамак утримує гарячу плазму у формі тора за допомогою гвинтових ліній магнітного поля: потужне тороїдальне поле B_φ від зовнішніх котушок доповнюється слабшим полоїдальним полем, яке створює сам струм плазми. Разом вони формують вкладені магнітні поверхні, вздовж яких заряджені частинки гіроскопічно обертаються з ларморівським радіусом. Те, наскільки туго закручується силова лінія за один тороїдальний оберт, задає коефіцієнт запасу стійкості q — саме він визначає, чи буде плазма стабільною, чи near-резонансні поверхні спричинять руйнівні збурення. Перемикайте вигляд між тором, полоїдальним перерізом і картою Пуанкаре, щоб побачити ту саму динаміку під різними кутами.
Заряджені частинки рухаються гвинтовими траєкторіями вздовж силових ліній тороїдального й полоїдального полів. У режимі Пуанкаре видно, чи лінія поля замикається сама на себе за раціонального q, чи вкриває всю магнітну поверхню за ірраціонального q; частинки, що досягли стінки, позначаються як втрачені.
Повзунок «Тороїдальне поле B_φ» змінює силу поля (1–15 Тл), а повзунок «Фактор безпеки q» (1–6) задає закрут силових ліній. Повзунки енергії частинок і кількості частинок N масштабують ларморівський радіус і густину траєкторій, а «Радіальне збурення δ» додає дрейф, здатний виштовхнути частинки на стінку. Кнопки «Тор 3D», «Полоїдальний» і «Пуанкаре» перемикають вигляд, а «Пауза»/«Скинути» керують анімацією.
Токамак ITER, що будується у Франції, матиме об'єм плазми 840 м³ і надпровідні магніти Nb3Sn, охолоджені до 4 К, для полів до 11,8 Тл. Його мета — коефіцієнт підсилення енергії Q = 10, тобто 500 МВт термоядерної потужності з лише 50 МВт нагріву.
Токамак створює потужне тороїдальне магнітне поле (5–12 Тл у сучасних установках) за допомогою надпровідних котушок, а також полоїдальне поле від тороїдального струму плазми, індукованого центральним соленоїдом. Разом ці поля спіраллю обвивають тор, утримуючи плазму подалі від стінок камери.
q = rB_φ/(RB_θ) показує, скільки разів силова лінія обвивається тороїдально за один полоїдальний оберт. Раціональні значення q дають лініям, що замикаються самі на себе, а це дозволяє резонансним нестабільностям (тиринг-модам) наростати на цих поверхнях. Ірраціональні q змушують лінію ергодично вкривати всю поверхню, запобігаючи резонансу.
Основна реакція — злиття дейтерію і тритію з утворенням ядра гелію-4 (3,5 МеВ) та нейтрона (14,1 МеВ). За температури 150 мільйонів кельвінів, що вдесятеро гарячіше за ядро Сонця, ядра дейтерію й тритію долають кулонівський бар'єр і зливаються.
Навіть у чисто тороїдальному полі частинки зазнають градієнтного дрейфу й дрейфу кривизни, спрямованих у протилежні боки для іонів та електронів, що спричиняє розділення заряду. Гвинтове намотування силових ліній усереднює ці дрейфи, уможливлюючи утримання плазми.
Токамаку потрібен тороїдальний струм плазми (зазвичай індукований трансформатором) для створення полоїдального поля, що несе ризик зривів. Стелератор формує обидва поля зовнішніми гвинтовими котушками без власного струму плазми, тому зривів не має, але його котушки геометрично складніші.