Nel nucleo solare, dove la temperatura raggiunge 15 milioni di kelvin, avvengono reazioni termonucleari che generano enormi quantità di energia. Le reazioni che avvengono costituiscono la catena protone-protone, detta così perché la reazione di partenza è la fusione di due nuclei di idrogeno (protoni) che si uniscono a formare un deuterio (2H), un positrone (e+) e un neutrino (ν). In una seconda reazione un deuterio cattura un protone e si forma un nucleo di elio-3 (3He) con l’emissione di un fotone. Infine due nuclei di elio-3 si uniscono formando un nucleo di elio-4 (4He) e due protoni. Come bilancio finale si ha che da quattro protoni si formano un nucleo di elio-4, due positroni, due neutrini ed energia. Si ha quindi la trasformazione di materia in energia secondo la relazione di Einstein: \( E=mc^2 \).
I processi di fusione sono molto lenti perché è bassa la probabilità di innesco della catena protone-protone. I processi di fusione sono possibili all’interno del Sole perché la pressione dei gas sovrastanti tende a far aumentare la temperatura e la densità, consentendo di superare la forza di repulsione elettrostatica che impedisce alle cariche dello stesso segno di avvicinarsi.