在30年代末期，科學家才明確認識到有兩種核反應可的以解釋太陽的能源。一種是所謂的“碳-氮循環”。它包括6個步驟，周而複始地循環進行。經過一整套六步反應，碳帛和氮的總量都不變，真正受到損耗的隻是氫。好在太陽上氫原子多極了，足夠長期維持這種核反應。還有一種是“質子-質子循環”。
天文學家反複動搖了好幾次。有時認為碳-氮循環是主要的，過些年又說質子-質子循環更要緊。總的說來，它們都在發揮作用。不過由於前一種核反應所需要的溫度比後一種高，並且受溫度變化的影響要大得多，一般認為太陽的能量主要是質子-質子循環供給的。順便談到，比太陽更亮、也就是更熱的恒星基本上由碳-氮循環獲得能量，而比太陽溫度低的恒星，卻是靠質子-質子反應“過日了”。因此就能源來說，太陽在恒星世界中也是比較適中的代表。
高溫高壓的世界
太陽的能量由核反應產生。在什麼情況下才會出現核反應呢？地球大氣也有大量的氫，但它們絕不會聚變成氦。隻有在上千萬度的高溫狀態，氫原子才會完全電離並獲得足夠的能量來克服核子間的排斥力，實現核反應。另外，物質要高度密集，才能使核反應持續進行下去。那麼，這些條件在太陽內部是否具備呢？
我們觀測太陽隻能看到它的大氣，而整個太陽內部對我們的眼睛和儀器來說都是看不見、摸不著，可說是諱莫如深的“禁區”。除掉近年來太陽的中微子這個行蹤詭密的“特殊使節”可能傳遞一點直接信息外，我們對太陽內部隻能用理論計算加以研究。半個世紀來，經過天文學家的努力鑽研，已經創立比較完整的恒星內部結構理論。
太陽是一大團氣體，它的結構主要由兩種力量決定。一個是太陽的重力，即日心引力，它使太陽物質收縮。同時，氣體有膨脹和逃逸的傾向。這兩種相反的力大致處於平衡狀態，結果使太陽成為一個基本穩定的氣體球。讓我們先考慮太陽的表麵層——光球。那裏的溫度和密度早已從直接的觀測定出了。如果對表麵層下麵的一點選擇一個溫度，然後計算在什麼密度下這一點的氣體物質才能處於平衡態，既不被上麵的氣層壓塌，也不因膨脹而衝到外麵去。接著對第三點也取某個溫度，按同樣方法定出它的密度。如此逐點內推，直抵太陽核心。當然，我們所選的一係列溫度是否正碲，還須加以鑒定。為此，我們要求由各層密度的計算結果推出的太陽總質量，應與觀測結果吻合。另外，太陽的平均密度也；判據。實際計算甚為複雜，因為還須考慮化學成份、不透明度、能量傳輸方式等很多因素。經過大量計算，已經建立太陽的結構模型。不同的研究者得到的結果有些差異。大致說來，太陽核心的溫度是1500萬~2000萬度，物質密度為100~130克/立方厘米。
將近2000萬度的極高溫度和超過地麵大氣壓力3000多億倍的巨額重載！這些都遠遠超出我們日常生活的經驗。在這種駭人聽聞的高溫高壓的世界裏，那裏的物質是處於所謂高溫等離子體狀態。本來在低溫情況下，原子核把電子牢牢吸住，使它們循一定軌道繞原子核旋轉。但是在高溫狀態，電子具有極高的動能，它們掙脫了原子核羈絆，取得了“獨立”地位，成為飛快奔馳的自由電子。不僅隻有一個電子的氫，甚至有幾十個電子的金屬原子，也都紛紛電離了。在正常情況下，原子的直徑約為10-8厘米，但在高度電離的狀態，喪失了全部或大部分電子的原子核就顯得更微小了，直徑不超過10-12厘米。原來是稠密的氣體，現在變得稀疏了。不僅對太陽核心（密度約為102克/立方厘米），甚至對白矮星（密度高達106克/立方厘米），原子核還處於可以自由運動的狀態。那麼，究竟要達到多大的密度，原子核才能摩肩接踵，聯成一片呢？答案是一個驚人的數字：1014克/立方厘米！要是我們一旦遇到這種物質，那怕隻有針尖那樣大一點，用巨型起重機也很難搬動它呢！
熱能的旅程
我們已經知道，太陽的能量是在核心由熱核反應產生的。那麼能量怎樣由太陽核心傳到表麵？物理學告訴我們，能量傳播的方式有3種：傳導、對流和輻射。舉例來說，鐵棒一端燒紅，另一端觸之灼手，這是熱傳導的結果；開7欠沸騰，熱升冷降，這是對流；冬日圍爐，向火覺暖，這是輻射的結果。由於氣體的導熱率甚低，並且太陽內部基本穩定，物質流動並不會很劇烈，因此可以肯定，太陽的能量主要靠輻射的方式來傳播。但是還需要指出，對流過—有一定的作用。談到對流，前麵舉出沸水升降作為例子。為什麼這時有對流呢？因為水壺下麵有爐火，與上麵有一定的溫度差。一般說來，溫度梯度愈大，對流運動就愈旺盛。這個區域相當大，大約包含物質的10%。在對流區內，由熱核反應產生的氦原子核不斷外流，而作為核反應原料的氫核源源輸人。這好像一支燃燒著的蠟燭，附近也有空氣對流。作為燃燒產品的二氧化碳在燭火上空排出，而燃燭所需的氧氣在蠟燭下麵不斷流進。因此太陽核心區的對流運動起著吐故納新的作用，使熱核反應能夠持續進行。