太陽能量的主要來源是將氫融合為氦的核融合反應。核心是太陽內部唯一能經由核融合產生能量的場所，以陽光的形式釋放出熱:從核心向外傳輸的能量加熱了太陽其餘的部分。所有經由核融合產生的能量在太陽內部必須多次遊遍各個層次之後，才能以陽光或微粒的動能形式逃離太陽。
每秒鐘大約有3.6 ×1038 質子(氫原子核)融合成為氦原子核;每秒鐘430萬噸的質量轉換成能量;每秒鐘釋放出的能量是3.8 ×1026 焦耳，相當於9.1 ×1010百萬噸TNT爆炸當量。核融合的效率取決於密度，所以融合的效率在核心會取得自動修正的平衡:融合速率略微升高將加速核心釋放出更多的熱量，熱膨脹會將質量向外推擠使密度略微下降使反應速率下降。這種攝動;這種輕微的速率下降造成核心的收縮和冷卻，又會加速融合的效率，使他再恢復到原來的標準。
組成太陽的物質大多是些普通的氣體，其中氫約佔71％, 氦約佔27％, 其它元素佔2％。太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區和對流區、太陽大氣。太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質分成各個圈層，即光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表面，是太陽大氣的最底層，溫度約是6000攝氏度。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內部的結構。但是，科學家根據物理理論和對太陽表面各種現象的研究，建立了太陽內部結構和物理狀態的模型。這一模型也已經被對於其他恆星的研究所證實，至少在大的方面，是可信的。
太陽大氣中有90多種化學元素。其中氫的含量最多，約佔太陽質量的71%，氦約佔27%，其他元素約佔2%。其他元素中有鈉、鈣、鐵、氧等等.它的平均溫度是6000度左右，可以說是一個溫度很高的大氣團，太陽上的高溫使物質保持氣體狀態，同時也使氣體原子失去大量的核外電子，這些電子不再受原子核的束縛，成為「自由電子」。因此太陽上的氣體處於等離子體狀態。
太陽的核心區域雖然很小，半徑只是太陽半徑的1/4，但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽核心的溫度極高
在核融合釋放出的高能量光子(γ射線和X射線)經由迂迴曲折的路徑與減速，和在一定的吸收和再輻射轉換成更低的能量型態後，才能抵達太陽的對流層(相當於地球的地函)，因此需要很長的時間才能抵達太陽的表面。 估計"光子旅行時間"可以長達5,000萬年，最短的也要17,000年。在旅程的終點，穿過透明的光球層之後抵達表面，以可見光的形式離開太陽。在核心的每一個γ射線在進入太空之前，都已經被轉換成數百萬個可見光的光子。 但同樣在核心產生，不同於光子的中微子，卻很少遭遇到與物質傳輸間的問題，幾乎立刻就能抵達太陽的表面並逃逸入太空。許多年來，測量到的中微子數量都遠低於理論上的預測，因而產生了太陽中微子問題。直到最近才經由對中微子振蕩的理解，解決了這個問題。