太陽從1.5億千米遠處發射的光線都能曬傷我們的面板，19世紀末的物理學家非常迫切地想知道，驅使著像太陽這樣一個巨大的“火爐”不斷工作的能源是什麼。

當太陽上的物質在引力作用下向中心聚攏的時候，壓強和溫度就會上升，也就是說太陽可以將引力能轉化為熱能，而開爾文經過計算後發現，太陽的引力能只夠維持3000萬年就會被耗盡。

但是，既然太陽還在天上發光發熱，就說明從它誕生至今肯定沒超過3000萬年，因此開爾文在1862年公開質疑了達爾文計算出的地球的年齡有幾十億年的說法。

其實達爾文是對的，開爾文出錯了，愛因斯坦於1905年發表的那條著名的方程式E=mc²揭示了謎底。

從公式中可以看出，能量（E）和質量（m）實際上是等效的，並且可以相互轉化，用一個物體的質量乘以光速（c）的平方就是這個物體能釋放出的所有能量。不過這也有一定的條件，釋放能量的過程需要極高的溫度和壓強。

1920年，英國天文學家阿瑟·愛丁頓首次提出了太陽產生能量的真正機制：核聚變。

氫能夠在極高的溫度和壓強下聚合在一起變成氦——科學家發現，在太陽中心存在這種反應，並且最為關鍵的是，產生的氦的質量比原來的氫要輕一些，這些少了的質量就是太陽能量的來源——它們會按照愛因斯坦的那道方程式轉化成能量。

在每一秒鐘，太陽會將6.2億噸氫聚變成6.16億噸氦，剩下的這0.04億噸則轉化為能量散發出去。

儘管太陽對氫元素的需求如此之大，但它所擁有的原料還足夠支援自己燃燒50億年。

1939年，美籍德裔物理學家漢斯·貝特（Hans Bethe）研究發現了氫到底是如何變成氦的，並提出是由4個質子（即氫原子核）聚合到一起變成一個氦原子核，這就是質子–質子鏈（pp鏈）模型。

​儘管這一聚合過程每秒鐘在太陽中心發生約9×1037次，但是某一個單獨的聚合反應可能就需要數百萬年時間才能完成。