Mặt trời bị cháy do phản ứng tổng hợp hạt nhân dẫn đến giải phóng nhiệt và năng lượng ánh sáng. Đối với một số học sinh, có vẻ nghịch lý là mặt trời có thể cháy trong không gian, một môi trường không có oxy, nhưng nó đang cháy nhờ phản ứng nhiệt hạch chứ không phải đốt cháy, vì vậy oxy không cần mặt trời để tạo ra nhiệt và ánh sáng như khi nó cháy. Về mặt kỹ thuật, mặt trời không phải đang cháy mà là một quả cầu đang cháy của các phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân cung cấp nhiên liệu cho địa ngục không đổi của mặt trời được gọi là phản ứng dây chuyền proton-proton. Loại phản ứng này xảy ra ở cấp độ phân tử, và do mặt trời rất lớn, điều đó có nghĩa là luôn có vô số các phân tử phản ứng cực nhỏ bên trong mặt trời. Cụ thể, các nguyên tử hydro đang được chuyển đổi thành heli, và sản phẩm phụ của phản ứng này là ánh sáng và nhiệt. Nói chung, tất cả các phân tử cấu tạo nên mặt trời tạo ra đủ ánh sáng và nhiệt để gây ra những ngày hè nóng nực có thể trải qua trên Trái đất, nơi cách xa mặt trời hàng triệu dặm. Tuy nhiên, mặc dù mặt trời khá lớn, những phản ứng này chỉ diễn ra ở 25% bên trong của ngôi sao, được gọi là lõi của mặt trời.
