La chambre à vide est une enceinte en inox parfaitement hermétique située à l'intérieur du cryostat. Siège de la réaction de fusion, elle forme une première barrière de sûreté. Dans sa cavité en forme d'anneau, ou tore, les particules de plasma se déplacent selon un mouvement circulaire continu sans entrer en contact avec les parois.

La taille de la chambre à vide détermine le volume du plasma de fusion : plus l'enceinte est volumineuse, plus la machine pourra produire d'énergie. La chambre à vide d'ITER sera deux fois plus grande et seize fois plus lourde que celle du plus grands des tokamaks aujourd'hui en activité. Elle mesurera six mètres de diamètre interne, un peu plus de dix-neuf mètres de largeur et onze mètres de hauteur, pour un poids supérieur à 5 000 tonnes.

La chambre à vide est dotée d'une double paroi en acier, entre lesquelles circulera l'eau de refroidissement. Les surfaces internes de la chambre à vide seront tapissées par les modules de couverture qui la protégeront contre les neutrons de très haute énergie produits par la réaction de fusion. À un stade ultérieur, certains de ces modules de couverture seront également utilisés pour tester les matériaux destinés aux systèmes de production de tritium.

L'accès à la chambre à vide pour les opérations de télémanipulation et les interventions sur les installations de diagnostics, de chauffage et de vide se fera au travers de quarante-quatre « pénétrations » : dix-huit pénétrations supérieures, dix-sept pénétrations équatoriales et neuf pénétrations inférieures.