Sonnenflecken sind dunklere, kühlere Bereiche auf der Sonnenoberfläche. Sie wirken klein, aber ein typischer Sonnenfleck ist etwa so groß wie die Erde. Die Dunkelheit entsteht durch einen Kontrasteffekt. Ein Sonnenfleck ist etwa 1500 Kelvin kälter als die umgebende Photosphäre und erscheint daher dunkel vor dem helleren Hintergrund. Könnte man einen Sonnenfleck allein betrachten, würde er heller leuchten als der Vollmond.

Sonnenflecken entstehen durch magnetische Aktivität. Das Magnetfeld der Sonne wird durch die unterschiedliche Rotation ihres Plasmas verdrillt. Wo das Feld stark ist, wird der Wärmefluss von unten unterdrückt, wodurch kühlere Bereiche entstehen. Sonnenflecken treten oft paarweise mit entgegengesetzter magnetischer Polarität auf. Sie sind von hellen Bereichen, den sogenannten Fackeln, umgeben, die heißer und aktiver sind.

Die Anzahl der Sonnenflecken schwankt in einem 11-Jahres-Zyklus. Im Sonnenfleckenmaximum ist die Sonne von Flecken und Eruptionen übersät. Im Sonnenfleckenminimum ist sie nahezu fleckenlos. Dieser Zyklus beeinflusst das Weltraumwetter, das Erdklima und die Helligkeit der Sonne. Das Maunder-Minimum, eine Periode mit sehr wenigen Sonnenflecken von 1645 bis 1715, fiel mit einer globalen Abkühlungsphase zusammen, der sogenannten Kleinen Eiszeit.

Galilei beobachtete 1610 als Erster Sonnenflecken mit einem Teleskop. Er wies nach, dass sie sich auf der Sonnenoberfläche befanden, nicht am Himmel. Diese Beobachtung stellte die Vorstellung in Frage, die Sonne sei perfekt und unveränderlich.