Proses yang mendasari penentuan suhu inti Matahari, yaitu reaksi berantai proton-proton (proton-proton chain reaction), dapat divisualisasikan melalui diagram berikut.






Penentuan temperatur inti Matahari sebesar 15 juta derajat Celsius adalah hasil dari inferensi teoretis, bukan pengukuran in-situ langsung. Keterbatasan instrumen yang ada saat ini membuat pengukuran langsung di pusat Matahari menjadi mustahil. Oleh karena itu, para astrofisikawan menggunakan model fisika matematis yang komprehensif, berdasarkan prinsip-prinsip termodinamika, mekanika kuantum, dan fisika nuklir, untuk menyimpulkan kondisi ekstrem di sana.

Analisis Fundamental
Inti Matahari dapat dipahami sebagai sebuah reaktor fusi nuklir raksasa yang menstabilkan dirinya sendiri. Kondisi di inti Matahari, yang dikenal sebagai plasma (gas terionisasi sepenuhnya), didominasi oleh dua gaya yang saling berlawanan:

Gaya Gravitasi: Massa Matahari yang sangat besar (≈2×1030 kg) menciptakan tekanan gravitasi yang kolosal menuju pusatnya. Tekanan ini mengkompresi materi hingga densitasnya mencapai 150 g/cm3 , sekitar 10 kali lebih padat dari timbal.

Tekanan Termal dan Radiasi: Reaksi fusi yang terjadi di inti Matahari menghasilkan energi dalam jumlah masif, menciptakan tekanan keluar yang melawan tekanan gravitasi. Keseimbangan antara kedua gaya ini, yang dikenal sebagai kesetimbangan hidrostatik, adalah kunci untuk memahami struktur bintang.

Reaksi Fusi Nuklir dan Derivasi Suhu
Proses utama yang menghasilkan energi di inti Matahari adalah rantai proton-proton (p-p chain). Reaksi ini mengubah inti atom hidrogen (proton) menjadi inti atom helium. Untuk menginisiasi reaksi ini, partikel-partikel hidrogen harus memiliki energi kinetik yang cukup tinggi untuk mengatasi tolakan Coulomb (gaya tolak-menolak elektrostatik antara proton-proton yang bermuatan positif).

Berdasarkan persamaan-persamaan fisika nuklir, probabilitas terjadinya fusi sangat sensitif terhadap temperatur. Para ilmuwan menghitung bahwa suhu minimal untuk memulai dan mempertahankan laju reaksi yang stabil, yang diperlukan untuk menyeimbangkan keluaran energi Matahari yang teramati, adalah sekitar 15 juta Kelvin (atau ≈15 juta ∘C). 

Jika suhu lebih rendah, laju fusi akan menurun drastis, menyebabkan tekanan internal melemah dan bintang akan menyusut. Sebaliknya, jika suhu terlalu tinggi, laju fusi akan meningkat eksponensial, menyebabkan bintang mengembang. Oleh karena itu, suhu 15 juta °C bukan hanya perkiraan, melainkan kondisi wajib yang diperlukan agar Matahari tetap berada dalam kondisi kesetimbangan termal dan hidrostatik.