受控核聚變裝置的真空室（即反應室）是反應堆的核心。其結構有單層和雙層的。早期托卡馬克裝置為了獲得超高真空，采用雙層真空室，在內外真空室間有保護真空。使內真空室不受大氣壓力，這種結構很復雜。后來發現單層也能保證超高真空，于是多采用單層結構，使真空室大為簡化。但有些裝置又采用雙層真空室。原因是夾層真空除了起保護真空作用外，還可以用于通過氣流對內真空室加熱，冷卻及減少氘污染。為避免因外真空室漏人大氣、壓環內真空室，內外室之間必須設有安全保護裝置。          托卡馬克裝置真空室為環形，為使磁場能滲透進去，在環向必須有很大的電阻。可以用兩種方法解決：一種是利用陶瓷環，但這種上米直徑的陶瓷環成型、燒制、封接都很困難；另一種是采用波紋管，此種結構能抗大氣壓力又易安裝，一般是一個波一個波焊制而成。         真空室材料要有良好的真空性能、機械性能及耐輻射性能。要求有低的磁導率(μ≤1.004)、高的抗彎強度（σ≥4×10⁴MPa），而延伸率在40%以上；較高的電阻率(ρ≥74μΩ．cm)；低的出氣率[q≤10 ^–10Pa．L/(s．cm2)]以及良好的焊接性能。一般選用無磁不銹鋼或鎳鉻合金鋼。對于磁壓縮和高頻加熱裝置，由于磁場滲透的要求，一般采用非金屬真空室，用氧化鋁或玻璃。在未來反應堆中，引人注目的材料有鈮、鉬、釩、碳化硅及石墨等，但目前還未到應用階段。         內真空室要能承受高溫烘烤。托卡馬克裝置一般用歐姆變壓器繞組加熱真空室，溫度為450℃—500℃。         真空室制造過程中，室內的元件要求用化學去油和超聲波清洗，零件運輸和裝配時要嚴格遵守真空衛生。大型真空室常用的清洗方法有兩種：一種是噴砂處理，超聲波去油、氟里昂蒸氣去油；另一種方法是用過氯乙烯蒸氣去油，超聲波清洗。     裝置的器壁在每次進行核反應實驗之前需進行放電清洗或輝光放電處理。放電清洗已在許多托卡馬克裝置上取得了明顯效果（清除器壁的碳和氧）。PLT裝置用低功率放電清洗，放電電流為2kA—10kA，器壁功率約0.05W/cm²．電子溫度2eV～5eV，經104次放電后，使氧雜質降低到1%左右。
        PDX裝置采用氫輝光放電清洗，氫壓為4Pa，流量約1.3×10³Pa.L/s，經過120h放電處理，從真空室表面清除碳原子1.9×10²³個，氧原子2.4×10²²個。         真空室器壁上蒸發上一層鈦吸氣膜，能大大降低等離子體中雜質含量。普林斯頓大學在ATC裝置上，s*先采用了伸縮式鈦升華器，鈦球伸入真空室，一次蒸發可使器壁覆蓋25%，將本底真空提高一個數量級，蒸發后升華器仍縮回原處。器壁存在著吸氣層，在放電過程中，不僅使氧雜質減少，而且鈦膜起保護器壁作用，使器壁材料濺射減小，進入等離子體中的雜質亦隨之降低了。          托卡馬克裝置采用磁偏濾器，是減少等離子體中雜質含量的有效方法。通過偏濾線圈作用，使雜質含量較大的等離子體邊緣殼層沿著偏濾磁力線進入凈化室，帶電的雜質粒子在中性化板上，中和成中性粒子，被安裝在凈化室中的大抽速吸氣泵抽走。通常使用鈦升華泵及锫一鋁吸氣劑泵。