يُعتبر تحديد درجة حرارة الشمس أحد أصعب المشاكل في تاريخ علم الفلك، لاحظ عالم فلك بريطاني، السير جون هيرشل Sir John Hershel في رأس الرجاء الصالح، وكلود سيرفيه Claude-Servais في فرنسا عام 1837، أنه إذا امتُصت أشعة الشمس العمودية كليًا، سترتفع درجة حرارة طبقة من الماء بعمق 1.8 سم بسرعة 1 سيلزيوس في الدقيقة.

بالرغم من سهولة القياس، فإن الامتصاص الجوي عامل غير دقيق. اجتيزت هذه المشكلة في عام 1881، ومرة أخرى في 1904، عندما جمع علماء الفلك المعلومات المجهولة آنذاك عن الإشعاع الشمسي لأطوال موجات مختلفة من بيانات معروفة، من أجل معرفة مدى حرارة كل منها في حال عدم وجود تدخّل للهواء.

تبلغ حرارة مركز الشمس (النواة) حوالي 15,000,000 كلفن، إذ يؤدي الضغط الهائل على ذرات الهيليوم والهيدروجين المكتظة بشدة داخل الشمس إلى درجات حرارة عالية جدًا في جوف الشمس.

لو كانت للشمس كتلة أكبر، سيكون هناك ضغط أكبر وبالتالي درجات حرارة أعلى؛ لأن الاندماج النووي يمكن أن يحدث فقط في درجات حرارة عالية جدًا. تعطي الحسابات المختلفة نتائج من 13,000,000 كلفن حتى 25,000,000 كلفن. لا يتفق جميع العلماء على درجة الحرارة داخل الشمس بسبب اختلاف حساباتهم لكتلة الشمس التي يستخدمونها لتحديد الضغط داخل النواة.

تنشر الشمس الطاقة بجميع أطوال الموجات، بدءًا بأشعة X حتى موجات الراديو. 40% تقريبًا من الطاقة المنبعثة في نطاق الطيف المرئي، 50% في نطاق الأشعة تحت الحمراء، والباقي في مجال الأشعة فوق البنفسجية.