Hầu hết đám cháy, chúng ta thấy trong cuộc sống hằng ngày là quá trình đốt cháy carbon: lửa trại, lửa bếp, lửa nến, cháy rừng,... Trong quá trình đốt cháy carbon thông thường, các nguyên tử carbon trong nhiên liệu liên kết với các nguyên tử oxy trong không khí, tạo thành carbon dioxide và carbon monoxide. Đồng thời, các nguyên tử hydro trong nhiên liệu liên kết với các nguyên tử oxy, tạo thành các phân tử nước.

Quá trình đốt cháy carbon này là phản ứng hóa học, giải phóng năng lượng mà chúng ta cảm nhận dưới dạng nhiệt và ánh sáng phát ra từ ngọn lửa. Điều quan trọng cần nhớ là quá trình đốt cháy carbon cần có oxy. Ngay khi không còn oxy, quá trình đốt cháy carbon sẽ dừng lại.

Nhưng sự cháy của Mặt trời thì khác. Mặt trời cháy không giống như đống lửa trại khổng lồ, trong đó xảy ra phản ứng hóa học đốt cháy carbon. Thay vào đó, Mặt trời sử dụng quá trình khác gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặt trời ra đời cách đây khoảng 4,5 tỉ năm từ sự suy sụp (lực) hấp dẫn của đám mây khí và bụi khổng lồ. Vật chất ở trung tâm đám mây bị nén chặt đến mức trở nên đủ nóng để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Trong phản ứng tổng hợp hạt nhân, các hạt nhân của nguyên tử hợp nhất với nhau, tạo ra hạt nhân mới, lớn hơn. Vì hạt nhân của nguyên tử quyết định loại nguyên tử và cách nó hoạt động như thế nào, nên sự thay đổi đối với hạt nhân khiến nguyên tử trở thành một nguyên tố mới. Ví dụ, hai nguyên tử hydro hợp nhất với nhau, tạo thành một nguyên tử heli.

Phản ứng tổng hợp hạt nhân không cần oxy. Trên thực tế, bạn không cần bất kỳ vật liệu nào khác. Bạn chỉ cần đủ áp suất hoặc nhiệt để ép các hạt nhân của các nguyên tử đủ gần để chúng vượt qua lực đẩy tĩnh điện, liên kết thành một hạt nhân duy nhất. Trong các ngôi sao, hầu hết phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra là hydro hợp nhất với chính nó hoặc với các nguyên tố nhẹ khác.

Ngày nay, Mặt trời tiếp tục hợp nhất các nguyên tử hydro để tạo ra heli trong lõi của nó. Phản ứng tổng hợp hạt nhân giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, phần lớn năng lượng này ở dạng tia gamma và tia X. Năng lượng giải phóng bởi phản ứng tổng hợp cũng giúp duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Mặt trời rất nóng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân của nó. Nhiệt độ ở lõi của Mặt trời khoảng 15 triệu độ C, áp suất lõi là 25 nghìn tỷ Newton/m2. Sức nóng này mạnh đến mức nó phát sáng và tỏa ra ánh sáng, giống như cách miếng kim loại phát sáng màu đỏ khi bạn đun nóng nó.

Khi năng lượng di chuyển từ lõi lên bề mặt Mặt trời, nó được các nguyên tử khác hấp thụ, sau đó bức xạ lại ở các bước sóng khác. Khi chạm tới bề mặt Mặt trời, nơi năng lượng có thể thoát ra ngoài không gian, phần lớn năng lượng ở dạng ánh sáng khả kiến. Điều này, cuối cùng chúng ta có thể cảm nhận năng lượng này dưới dạng nhiệt và ánh sáng mặt trời.