Zonnevlekken zijn donkere, koelere gebieden op het oppervlak van de zon. Ze lijken klein, maar een typische zonnevlek is ongeveer zo groot als de aarde. De donkerte is een contrasteffect. Een zonnevlek is ongeveer 1500 Kelvin koeler dan de omringende fotosfeer, waardoor hij donker lijkt tegen het helderdere oppervlak. Als je een zonnevlek alleen zou kunnen zien, zou hij helderder oplichten dan de volle maan.

Zonnevlekken worden veroorzaakt door magnetische activiteit. Het magnetische veld van de zon wordt vervormd door de differentiële rotatie van het plasma. Waar het veld sterk is, onderdrukt het de warmtestroom van onderaf, waardoor een koelere regio ontstaat. Zonnevlekken komen vaak in paren voor, met tegengestelde magnetische polariteit. Ze worden omgeven door heldere gebieden die faculae worden genoemd, die heter en actiever zijn.

Het aantal zonnevlekken stijgt en daalt in een cyclus van 11 jaar. Tijdens het zonnemaximum is de zon bedekt met vlekken en zonnevlammen. Tijdens het zonneminimum is de zon bijna vlekkeloos. Deze cyclus beïnvloedt de ruimteweer, het klimaat op aarde en de helderheid van de zon. Het Maunderminimum, een periode met zeer weinig zonnevlekken van 1645 tot 1715, viel samen met een periode van wereldwijde afkoeling die bekend staat als de Kleine IJstijd.

Galileo was de eerste die in 1610 zonnevlekken met een telescoop waarnam. Hij toonde aan dat ze zich op het oppervlak van de zon bevonden, niet aan de hemel. Die waarneming zette het idee dat de zon perfect en onveranderlijk was, op de proef.