太陽結構示意圖
太陽在銀河系裡的恆星是一個近乎完美的球體，其扁率約為900萬分之一，即是說其南北兩極的直徑只比東西直徑短10公里。在自轉周期方面，由於太陽並非以固態形式存在，因此其兩極和赤道的自轉周期並不相同（赤道約為25天, 兩極则約為35天），整體平均自轉周期約為28天，其緩慢自轉所產生的離心力，以赤道位置計算，還不到其自身重力的1,800萬分之一。雖然太陽本身是太陽系的中心，大質量的木星使質心之偏離中心達一個太陽半徑，但所有行星的總質量還不到太陽的百分之五，因此來自行星的潮汐力並不足以改變太陽的形狀。
太陽不像類地行星般擁有固態表面，其氣體密度从表面至中心會成指數增長。太陽的半徑計法是以光球层的邊緣為終點，其內部的高密度氣體足以令可見光无法通過，而肉眼看見的是太陽的光球層，在0.7太陽半徑範圍内的氣體占整個太陽總質量的大多數。
太阳的内部并不能直接观测，因高密度的气体阻隔了电磁辐射，但就像地震學能利用地震產生的震波能研究地球的內部，日震學這個學門，也能利用橫斷過太陽內部的波的壓力，來測量和描繪出太陽內部的構造。配合计算机模拟的辅助，人们便可一览太阳深处。
在太陽的中心，密度高達150,000 Kg/m3（是地球上水的密度的150倍），熱核反應（核聚變）將氫變成氦，釋放出的能量使太陽保持穩定的狀態。每秒鐘大約有 3.4 ×1038 質子轉換變成氦原子核（太阳中的自由质子约为 8.9 ×1056），这个过程中大约426万吨质量經由質-能转换，釋放出3.83 ×1026 焦耳或相當於 9.15 ×1010百萬噸TNT爆炸当量的能量。核聚變的速率在自我修正下保持平衡：溫度只要略微上升，核心就會膨脹，增加抵擋外圍重量的力量，這會造成核聚變的擾動而修正反應速率；溫度略微下降，核心就會收縮一些，使核聚變的速率提高，使溫度能回復。
由中心至0.2太陽半徑的距離是核心的範圍，是太陽內唯一能進行核聚變釋放出能量的場所。太陽其餘的部份則被這些能量加熱，並將能量向外傳送，途中要經過許多相連的層次，才能到達表面的光球層，然後進入太空之中。
高能量的光子（γ和X射線）由核聚變從核心釋放出來後，要經過漫長的時間才能到達表面，緩慢的速度和不斷改變方向的路徑，還有反覆的吸收和再輻射，使到達外圍的光子能量都降低了。估計每個光子抵達表面的旅程平均需要花費5,000萬年的時間[1]，最快的也要經歷17,000年。在穿過對流層到達旅程的終點，進入透明的表面光球層時，光子就以可見光的型態逃逸進入太空。每一個在核心的γ射線光子在進入太空前，都已經轉化成數百萬個可見光的光子。中微子也是在核心的核聚變時被釋放出來的，但是與光子不同的是他不會與其它的物質作用，因此幾乎是立刻就由太陽表面逃逸出來。多年來，測量來自太陽的微中子數量都低於理論的數值，因而產生了太陽中微子問題，直到我們對微中子有了更多的認識，才以中微子振盪解開了這個謎題。
在非常接近太陽中心的地區，溫度大約在15,000,000K，密度大約是150g/cc（大約十倍於金或鉛的密度）。當由中心向太陽表面移動時，溫度和密度同時都會降低。核心邊緣的溫度只有中心的一半，約為7,000,000K，同時密度也降至大約20g/cc（與黃金的密度近似）。由於核反應對溫度和密度非常敏感，核聚變在核心的邊緣幾乎完全停止。
對流層構造圖
從0.7太陽半徑至可見的太陽表面是對流層。此處的太陽物質不再是高熱與黏滯的，電子也開始被原子核束縛住，所以熱能由內向外的傳遞不再依靠輻射，而是經由熱對流產生熱柱，讓熱的物質將能量攜帶至太陽的表面。一旦表面溫度下降，這些物質便會往下沉降，再回到對流層內，甚至會回到最深處，從輻射層的頂端再接收熱能。在輻射層頂與對流層底之間，被認為還存在著對流超越區（Convective overshoot），由一些騷亂的湍流將能量由輻射層頂帶進對流層底。
這幾年來，在更多的細節被發現後，這個薄層變得非常引人注意。現在這一層也被認為是產生太陽磁場的磁發電機，流體在橫越這一層時流動速度的改變，能夠擴展磁場線的力量並且增強磁場，同時在經過這一層之後，化學成分好像也突然改變了。
在對流層的熱柱會在太陽的表面形成一種特徵，也就是在觀測時看見的米粒組織和超米粒組織。在對流層內，由內部向外的小湍流，在向表面升起時，就像一部部“小規模”的發電機，在太陽表面各處引發小區域的磁南極和磁北極。
在對流層底部的溫度大約是2,000,000K，這已經冷得足夠讓較重的離子(如碳、氮、氧、鈣和鐵)能捕捉住一些電子，使得物質變得更不透明，因此輻射線變得更難以穿透。伴隨著輻射被阻擋的熱能，最後終將使流體被加熱然後沸騰，或說是產生對流。對流運動能迅速的將熱量帶至表面，同時流體在上昇的過程中膨脹和冷卻，到達可見的表面時，溫度已經降至6,000K，密度則僅僅只有0.0000002g/cc（大約是海平面空氣密度的萬分之一）。
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