光辉灿烂的太阳，一刻不停地发射着极大的能量。太阳辐射的总额是3.8×1026焦耳／秒，或1.21×1034焦耳／年。太阳的寿命长达几十亿年，在它的“一生”中要贡献出何等浩大的能量啊！1克优质煤完全烧掉，只能放出8.36千焦的热。如果整个太阳是一大团煤球，它按目前的功率发射能量，那么不到1500年，太阳就烧得精光了。太阳的能量是如何产生的？这是太阳物理学的一个重大问题。
太阳能源探索经历了一个漫长的途程。曾经提出过流星学说，即大量流星坠落到太阳上，由摩擦生热而燃烧。但是计算表明，这样得到的能量太少了。这个说法很早已被扬弃。后来又有人提出收缩学说，即太阳不断在缩小，位能减少，热能增加。假定太阳本来至少有现在太阳系那样大，那么由收缩而释放能量，顶多只能维持5千万年。这比起由地质和古生物探索得出的地球年龄还小100倍。此外，用天然放射性来说明太阳能源，也以失败而告终。
一直到相对论问世后，这一难题才得到比较可靠的解决。根据相对理论，通过原子核反应，质量可能转化为能量。按照爱因斯坦的公式：能量E=mc2，m表示质量，c表示光速。由此公式不难算出，一克质量可以变成9×1013焦耳的能量，这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。既然太阳是一个拥有2×1033克质量的庞然大物，它可以算是取之难尽，用之不竭的能源了。
在什么场合下，质量才能变成为能量呢？要说明这个问题，让我们作一点历史回顾。早在1895年，法国物理学家贝克勒耳发现了铀(U)的放射性。铀矿石发出的辐射可以穿透纸张和金属片，并使照相底片感光。后来居里夫妇经过繁重的实验和辛勤的探索，发现了钋(Po)、镭(na)等放射性元素。它们在不断蜕变的过程中发射出能量和粒子流。例如镭放出。射线(即氦原子核)、射线(即电子)和射线(与X射线相似，是波长更短的辐射)。这些蜕变都是自然而然地进行的，人们既不能阻止它，也无法促进它。但到了20世纪上半期，物理学工作者实验室里用加速器等工具实现人工的核反应。通过核反应，可以使一种物质转变成另一种物质，并获得大量的能量。在一定意义上说，中世纪炼金术土梦寐以求的“点石成金”终于实现了。人类开始掌握原子核能，并建立了一整套核反应的理论。
在30年代末期，科学家才明确认识到有两种核反应可以解释太阳的能源。一种是所谓的“碳-氮循环”。它包括6个步骤，周而复始地循环进行。经过一整套六步反应，碳和氮的总量都不变，真正受到损耗的只是氢。好在太阳上氢原子多极了，足够长期维持这种核反应。还有一种是“质子—质子循环”。
仔细考虑一下可以看出，这两套循环的总效果都是使四个氢原子核合成为一个氦原子核。
而碳、氮、重氢等原子核只起触媒的作用。请注意，在这个核反应中质量是有损耗的。一个氢核的质量(原子单位)是1.008，而氦核是4.004，因此每次反应的质量损耗是△m=4×1.008-4.004=0.028.由此可知，每克氢原子转化为氦时释放出能量E=0.007×(3×1010)2=6.3×1011焦耳。于是不难算出太阳辐射的“成本账”：为了维持每秒4×1026焦耳的辐射，太阳每1秒要耗费6.2X1旷吨的氢核“燃料”！需要说明，我们讲的是有这样多的氢核聚变成为氦核，实际损耗的质量只是其中的一小部分，即6.2×1０8吨×0.007=4.3×106吨。
即便如此，每秒430万吨的代价确也不小了。但是太阳的家底极为雄厚，总质量达2×1033克，并且绝大部分是氢。因此太阳上只要有2％的氢转变为氦，”就可释放2.5×1043焦耳的巨额能量。这已经足以使太阳按现在的产能率维持2亿年了。下面要谈到，太阳的寿命是几十亿年。因此我们有根据说，核反应可以充分供应太阳的能源。
对太阳来说，上述两种核反应中哪一种起主要作用呢？在这个问题上，天文学家反复动摇了好几次。有时认为碳—氮循环是主要的，过些年又说质子—质子循环更要紧。总的说来，它们都在发挥作用。不过由于前一种核反应所需要的温度比后一种高，并且受温度变化的影响要大得多，一般认为太阳的能量主要是质子-质子循环供给的。顺便谈到，比太阳更亮、也就是更热的恒星基本上由碳—氮循环获得能量，而比太阳温度低的恒星，却是靠质子-质子反应“过日了”。因此就能源来说，太阳在恒星世界中也是比较适中的代表。