Исследования показали, что на Солнце и на ряде других звезд могут идти ядерные реакции, в результате которых 4 атома водорода превращаются в 1 ядро гелия.

Возможен так называемый протонно-протонный цикл ядерных реакций.
В центре Солнца протоны вступают, правда очень редко, во взаимодействие друг с другом, что приводит к образованию дейтона — ядра тяжелого водорода:
протон + протон1 н- дейтон2 4- позитрон + нейтрино.

Очень быстро, через 6 секунд, дейтон захватывает еще 1 протон:
дейтон2 + протон1 -> гелий3 + гамма-квант.

Если ядро гелия3 встретит такое же другое ядро, то примерно через миллион лет может произойти конечная ядерная реакция:
гелий3 + гелий3 + гелий4 + 2 протона

Таким образом, в результате взаимодействия 6 протонов (ядер водорода) образуется 1 ядро гелия. При этом выделяется очень большая ядерная энергия.

Другой цикл термоядерных реакций, углеродно-азотный, сложнее. При высоких температурах Солнца быстрый протон может проникнуть в ядро углерода|2. При этом образуется ядро азота13 и излучается некоторая часть энергии в виде гамма-кванта:
углерод12 + водород1 + азот13 + гамма-квант.

Азот13 — неустойчивый изотоп. В среднем через 14 минут после образования один из его протонов превращается в нейтрон, испуская позитрон и нейтрино. В результате этого распада образуется изотоп углерода с атомным весом 13:
азот13 углерод13 -f- позитрон -f- нейтрино.

Каждые 2,7 миллиона лет в ядро углерода13 может попасть еще 1 протон, что приведет к образованию устойчивого ядра азота14:
углерод13 + водород1 азот14 4- гамма-квант.

Только примерно через 320 миллионов лет ядро азота4 захватит третий протон и превратится в кислород16, выделив гамма-квант.

Ядро кислорода15 в результате радиоактивного распада очень быстро (в течение 3 минут) испускает позитрон и нейтрино и превращается в азот16:
кислород15 — азот15 + позитрон + нейтрино.

Конечная реакция происходит примерно через 100 тысяч лет. Ядро азота15 поглощает последний протон, испускает гамма-квант и распадается на ядро углерода12 и альфа-частицу (ядро гелия4):
азот15 + водород1 углерод12 + гелий4.

Через 13 миллионов лет это ядро углерода может снова поглотить протон, и цикл реакций начнется снова.

Опять-таки в результате углеродно-азотного цикла ядерных реакций из 4 протонов получается 1 ядро гелия. При образовании 1 килограмма гелия выделяется около 150 миллионов киловатт-часов энергии.

Заметим, что различные ядра, участвующие в обоих циклах, играют роль или катализатора (углерод12 в углеродно-азотном цикле) или промежуточных продуктов (дейтерий2, гелий3, азот13, углерод13, азот14, кислород15 и азот15) и их количество в результате всей совокупности превращений не изменяется.

Весь углеродно-азотный цикл длится около 350 миллионов лет, а протонно-протонный — больше 14 миллиардов лет. При таком медленном процессе только благодаря участию гигантских масс вещества возможно выделение Солнцем такого огромного количества тепла.