太陽的熱核反應產生能量。太陽是一個直徑約為1.4×106km的巨大灼熱氣體球，其質量是地球質量（6×1021t）的33.3萬倍，佔太陽系總質量的99.87％。但由於它的體積是地球的130萬倍，所以平均密度只有水的1.41倍，大約和類木行星相似，相當於地球的1／4左右。太陽表面的溫度約為6000K（=5726℃），所以看起來呈橙黃色。中心部分溫度推測可高達1.5×107K，密度達到水的160倍。在這種高溫、高壓條件下，組成3／4太陽物質的氫元素會失去外層電子，僅剩的內部原子核稱為質子。質子在以極大速度運動時可以克服彼此間的靜電斥力，發生猛烈的碰撞，由4個氫原子核聚變成為1個氦原子核。這種不斷進行的熱核反應，使太陽成為一所巨大的天然原子能工廠。太陽內部發生的熱核反應中，存在愛因斯坦在狹義相對論中指出的質量和能量轉化關係，即著名的“E=mc2”公式。4個氫核在聚變前的總質量是4×1.0079=4.0316m0（m0原子質量單位，以碳原子的1／12為標準），而1個氦原子核的質量是4.0026m0，每次核聚變就虧損0.029m0的質量。由於真空中光的速度達到約3×105km／s，所以很少一點質量可轉化為巨大的能量。根據推算，1克氫核聚變為氦核大約產生6281×108J（或1500×108cal）的熱能，相當於燃燒15t石油或2700t煤所發出的能量。

太陽輻射和質量損耗由於太陽體積的巨大和熱核反應頻頻發生，就能源源不斷地以電磁波（含可見光、紫外線、紅外線、無線電波、X射線和γ射線）的形式向四周放射能量，是整個太陽系光和熱的主要源泉。太陽輻射輸出能量可以作如下計算：在日地平均距離（1.496×108km）處的地球大氣頂界，垂直於太Sunny線的1cm2面積上，每分鐘接受的太陽輻射能量稱為太陽常數，以熱量單位表示為8.25J。根據太陽常數乘以假設被太Sunny垂直照射的半個地球圓面積，就可獲得一分鐘內太陽向地球輻射輸送的能量，其值為π×（6.371×108）2cm2×8.25J／cm2·min=1.052×1015J，大約相當於燃燒4×108t煙煤產生的熱量。一年中太陽給地球的熱量累計相當於100×1016KW·h電，是目前全世界總髮電量的幾十萬倍。從太陽系整體角度看，地球吸收到的熱量僅是太陽輻射總量中的很小一部分。我們採用以日地平均距離為半徑的球面上，每分鐘每平方釐米獲得的太陽常數乘以整個球面積，其值為8.25J／cm2·min×4π×（1.496×1013）2cm2=2318cm×1028J／min=38.62×1025J／s，高出地球吸收到能量的11個數量級。太陽在大量釋放能量的過程中，每秒鐘內由於核聚變而損耗的質量達到4×107t。由於目前太陽的熱核反應狀態已維持50億年左右的歷史，假定能量輻射率基本不變，累計損耗的質量可達6.305×1022t，也只不過是太陽全部質量1.989×1027t的0.03％。根據銀河系內部不同演化階段的恆星演化史推算，太陽現在仍處於壯年期，它的壽命估計可達到100億年。所以從人類歷史的時間尺度來看，太陽的熱核反應和能量輻射是取之不盡的能量來源。太陽活動與黑子週期太陽正處於由中心區氫核聚變而輻射巨大能量階段，總輻射量變化不到1％。太陽表面的大氣圈從裡向外分為光球、色球和日冕三層，其中灼熱的等離子氣體密度很小（光球部分相當地球大氣壓力的百分之一，日冕部分僅為十億分之一），直接受太陽磁場的支配處於區域性的劇烈運動之中，稱為太陽活動（solaractivity）。太陽活動的最基本標誌是日面光球上經常出沒的“暗黑”斑點，即黑子（sunspot）。黑子其實也發光，只是因為溫度比周圍光球低1000℃左右，在明亮光球反襯下看起來呈暗黑色。黑子的直徑可自2×103～3×103km至1.5×107km，中心部位凹陷約500km，一般認為它是太陽表面劇烈活動所激起的氣旋渦。小的黑子僅存在數小時，大黑子群則可延續幾個月。黑子在日面的移動可據以證明太陽也有自轉，其赤道部分約25日自轉一週。黑子分佈範圍主要集中於日面南、北緯5°～25°之間。每個黑子週期開始時，黑子一般出現在緯度±30°附近；黑子數最多的高峰期，則出現在緯度約±15°處；黑子週期結束時，赤道附近的黑子又都消失，下一個週期的黑子又開始在緯度±30°附近出現（圖1-3），黑子時空分佈形狀很像一群蝴蝶，故又稱蝴蝶圖。