Năng lượng mặt trời đến từ mặt trời, nhưng năng lượng mặt trời phát ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân trên quy mô lớn. Cụ thể, đó là sự hợp nhất của hai nguyên tử hydro thành một nguyên tử heli.
Sự hợp nhất của hai nguyên tử thành một nguyên tử lớn hơn tạo ra năng lượng vì một lượng nhỏ khối lượng bị mất đi trong quá trình chuyển đổi từ hai nguyên tử thành một. Theo công thức của Einstein, năng lượng sinh ra từ phản ứng này tương đương với khối lượng bị mất nhân với bình phương tốc độ ánh sáng.Phản ứng xảy ra trong lõi của mặt trời, nơi áp suất hấp dẫn tuyệt đối ép khí hydro chặt đến mức các nguyên tử buộc phải va chạm với nhau và hợp nhất. Năng lượng tạo ra từ các phản ứng tạo ra 1.300 watt trên mét vuông. Một phần năng lượng này bị khí quyển làm lệch hướng, nhưng mỗi mét vuông trên Trái đất nhận được 4,2 kilowatt mỗi ngày.
Bộ thu năng lượng mặt trời hoạt động vì chúng chứa vật liệu tạo ra tia lửa khi bị ánh sáng mặt trời chiếu vào. Các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên sử dụng selen, nhưng các tế bào hiện đại dựa trên silicon với các tạp chất được thêm vào để cải thiện độ dẫn điện. Một pin mặt trời trung bình có một lớp silicon trên cùng tích điện dương vì nó chứa boron và một lớp dưới cùng tích điện âm vì nó chứa phốt pho. Dòng điện tích giữa các lớp tạo ra dòng điện có thể được lưu trữ trong pin sạc để sử dụng chung.
Một bộ biến tần có thể được sử dụng để thay đổi điện một chiều trong pin thành điện xoay chiều, vì điện xoay chiều thường được sử dụng để đi dây điện trong nhà.
