雖然太陽总体上是一個相当稳定的发光气体球，但它的大气层却时刻在经历局部的剧烈活动。从地球上看去，明亮的太阳上时常会浮现出“阴影”，原本无瑕的日面也会逐渐出现一些微弱的“雀斑”。太阳的大气层从内到外可分为光球层、色球层和日冕层。人们直接看到的是最底层的光球层，而色球层和日冕层只有在日全食时才能用肉眼观察到。我们平常看到的太阳圆面就是太阳光球层。光球层的温度约为 5800 开氏度，平均密度只有水的几亿分之一，但由于厚度达 500 千米，所以是不透明的。光球层看似光滑，实则像沸腾的火海。在光球层中存在着剧烈的活动，用望远镜可以看到光球表面密密麻麻如米粒般的结构，称为米粒组织。它们上下翻滚，就像一锅沸腾的粥，实际上这是光球下方气体剧烈对流造成的现象。米粒的温度比周围温度高出 300～400 开氏度，看起来比周围背景更亮；单个米粒的尺度约为 1000 千米，但极不稳定，平均寿命仅为 5～10 分钟。光球层上另一种著名的活动现象是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡，大多近似于椭圆形。其实黑子并不黑，只是因为黑子中央温度比周围光球的温度低 1000 开氏度以上，所以在明亮背景的衬托下显得比较暗黑，而实际上它们的温度超过 4000 开氏度，如果能把黑子单独取出，一块大黑子的光芒便可以相当于满月。
紧贴光球上方的一层大气称为色球层，平时不易被观测到。在日全食时，当月亮遮住光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球层。色球层厚约 2000 千米，其物质密度和压力比光球层低得多。色球层上常会出现耀斑爆发，这是太阳大气中又一种复杂而剧烈的活动现象，表现为突然出现、迅速发展的局部亮斑。耀斑在短短几分钟到几十分钟内释放出的能量，与整个太阳 1 秒钟内释放的总能量相当。耀斑爆发会引起太阳风暴，大量高能带电粒子（总量可达 10 亿吨）以每秒数百千米的速度席卷行星际空间。如果太阳风暴恰好朝向地球而来，会对地球附近的空间环境造成很大的影响。在色球上人们还能看到许多腾起的火焰，这就是所谓的“日珥”。日珥是色球层迅速变化的活动现象，一个完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛，不胜枚举。最为壮观的要数爆发日珥，本来或宁静或活跃的日珥，有时会突然“怒火冲天”，拼命向上抛射气体物质。有时抛射物又返回太阳表面，形成一个环状，称为环状日珥。
在日全食的短暂瞬间，人们常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球层外，还有一大片蓝中带白、柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层——日冕。日冕的形状与太阳活动有关，日冕还会向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子不断地从太阳向外流出，形成太阳风。