对于这个问题，自古以来人们就进行了种种猜测。最直观的解释当然认为太阳就是一个燃烧的大煤球。但是，像太阳那么大的煤球要是一直燃烧，最多只够烧3000多年。实际上，有文字记载的人类历史也超过5000年了，这种矛盾显然是没法解释的。
也有人提出，太阳的能量来自陨星的撞击，把动能转化成热和光。但是，陨星的积累会使得太阳的质量增加，引力逐渐增强，地球的公转就会因此而变快。如果太阳的能量真的来自陨星撞击，将会造成地球上每一年比前一年缩短一两秒钟。可是实际上并没有发生这样的`情况。
1854年，俄国科学家亥姆霍兹提出，太阳的能量来自其自身物质在引力作用下的收缩，把动能转换为热能。但计算表明，这样收缩产生的能量也只够太阳发光3000万年。
20世纪以来，随着原子物理学的发展，人们最终解决了太阳能源的问题。爱因斯坦发现了物体质量与能量的关系，那就是著名的质能方程E=mc。根据这个关系，一点点质量就可转化为数值十分巨大的能量。
例如，1克物质如果全部转变成能量，就相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。
太阳的组成成分中71%是氢，26%是氦，还有少量其他元素。在太阳内部极端高温和极端高压（约2500亿标准大气压）的条件下，氢原子会发生热核反应，具体而言包括“质子—质子链反应”（pp链）和“碳氮氧循环”（CNO循环）两种过程，但是最终的净效果都是4个氢原子核聚合成1个氦原子核。在这个物质转变的过程中，有一小部分质量会损失，然而正是这一小部分“丢失”的质量转化为巨大的能量了。这个产能原理类似于地面上的氢弹爆炸。
太阳每秒要消耗6.3亿吨氢，其中损失的420万吨质量会变成3.8×1026焦能量，相当于爆炸100亿颗百万吨级的氢弹。因此，我们可以形象地说，正是太阳核心区域持续不断地发生无数的大规模“氢弹爆炸”，为太阳提供了源源不断的能量，为我们带来长久的温暖和光明。