Phản ứng đầu tiên trong đó 4 hạt nhân H cuối cùng có thể tạo ra 1 hạt nhân He được gọi là phản ứng chuỗi proton-proton, là:[6][11]

{ 1 H + 1 H → 2 D + e + + ν e then 2 D + 1 H → 3 H e + γ then 3 H e + 3 H e → 4 H e + 1 H + 1 H {\displaystyle \left\{{\begin{aligned}&&{}^{1}\!\mathrm {H} +^{1}\!\mathrm {H} &\rightarrow {}^{2}\!\mathrm {D} +e^{+}+\nu _{e}\\{\text{then}}&&{}^{2}\!\mathrm {D} +{}^{1}\!\mathrm {H} &\rightarrow {}^{3}\!\mathrm {He} +\gamma \\{\text{then}}&&{}^{3}\!\mathrm {He} +{}^{3}\!\mathrm {He} &\rightarrow {}^{4}\!\mathrm {He} +{}^{1}\!\mathrm {H} +{}^{1}\!\mathrm {H} \\\end{aligned}}\right.}

Chuỗi phản ứng này được cho là quan trọng nhất trong lõi mặt trời. Thời gian đặc trưng cho phản ứng đầu tiên là khoảng 1 tỷ năm ngay cả ở mật độ và nhiệt độ cao của lõi, do sự cần thiết để lực yếu gây ra phân rã beta trước khi các nucleon có thể bám chặt vào (điều hiếm khi xảy ra trong thời gian chúng chui hầm về phía nhau đủ gần để điều đó xảy ra). Ngược lại, thời gian mà deuteri và heli-3 trong các phản ứng tiếp theo kéo dài chỉ khoảng 4 giây và 400 năm. Những phản ứng kế tiếp này tiến hành thông qua lực hạt nhân và do đó nhanh hơn nhiều.[12] Tổng năng lượng được giải phóng bởi các phản ứng này khi biến 4 nguyên tử hydro thành 1 nguyên tử heli là 26,7 MeV.