באופן כללי, הרמה של הבנת המדענים את השינויים הקורים בקרינה הישירה מהשמש היא נמוכה. על-אף שרוב המדענים טוענים כי השינויים בקרינה הישירה של השמש הינם קטנים מכדי שתהיה להם השפעה משמעותית על האקלים, מדענים אחדים הציעו כי המשוב החוזר מהעננים או ממנגנונים אחרים, מעצימים את ההשפעה של השמש על כדור הארץ.
העובדה היא שהרמה של הפעילות הסולארית במשך 70 השנים האחרונות הייתה גבוהה במיוחד, ומשערים שהיא הגבוהה ביותר ב-8,000 השנים האחרונות.
אחד הגורמים השמשיים המשפיעים בוודאות על אקלים כדור הארץ הינם כתמי השמש. כתם שמש הוא אזור על-פני השמש (הפוטוספירה) שבו מתרחשות מערבולות מגנטיות עצומות. הטמפרטורה באזור זה נמוכה יחסית לסביבתו, והפרש טמפרטורות זה גורם לאזור להיראות כהה יותר. למעשה מדובר באשליה אופטית, שכן אילו יכולנו "להוציא" כתם שמש ולראותו בנפרד מהשמש, הוא היה מאיר פי 50 מירח מלא. כתמי שמש עשויים להגיע אף לגודל של 80,000 קילומטר, כלומר, פי שתיים מהיקף כדור הארץ! כתמי השמש מתכווצים ונמתחים בעודם נעים על-פני מעטפת השמש.
ככל הנראה גילו האסטרונומים הסיניים את כתמי השמש כבר באלף הראשון לספירה. אולם רק לאחר המצאת הטלסקופ בשנת 1609 כתמי שמש נצפו ונחקרו לעומק. בתצפיות אלו מצא היינריך שוובה שמספרם הכולל ועוצמתם הממוצעת של כתמי השמש משתנים במחזוריות קבועה של 11.2 שנים, מה שמכונה המחזור השמשי.
באמצע של המחזור השמשי, מגיע השיא בו מתעצמת כמות הכתמים פי 10 ויותר, ומורגשת ההשפעה של הפרעות מגנטיות משמעותיות במקומות רבים על-פני כדור הארץ. הסיבה לקיומו של מחזור כתמי השמש עדיין איננה ברורה. עם זאת, לא תמיד התקיים מחזור זה, ותקופות שבהן לא התקיים המחזור השמשי ידועות כחריגות במיוחד מבחינת מזג האוויר אשר שרר בכדור הארץ באותה תקופה.
בין השנים 1715-1645 לא נצפו כלל כתמי שמש, ותקופה זו לוותה במיני עידן קרח על-פני כדור הארץ, תקופה המכונה "תקופת הקרח הקטנה".
רק בתחילת המאה ה-20 התגלה שגם לשמש שדה מגנטי. הפיזיקאי והמתמטיקאי, ג'וזף לרמור, העלה בשנת 1919 את הרעיון שכתמי השמש הם עדות לפעילות דמוית דינמו על-פני השמש, עקב תנועת נוזל בעל מוליכות חשמלית. לימים התברר שמדובר בתנועה של פלזמה, כלומר גזים מיוננים, בעלי השפעה מגנטית מחזורית חזקה ביותר בכל מערכת השמש וכמובן גם בכדור הארץ.
כאמור, לשמש ישנם שדות מגנטיים חזקים ביותר הנוצרים מתנועת הגזים הטעונים שלה. שדות מגנטיים אלה ערוכים במעין קווי שטף ארוכים, המשתרעים בין שני קטבי השמש. הגזים הטעונים יוצרים מעין צינורות מגנטיים ארוכים, המתעוותים בגלל ההבדל בין מהירות הסיבוב של השמש בקו המשווה שלו (אשר נמשך 26 יום ארציים) לבין מהירות סיבוב של השמש בקטבים שלו (אשר נמשך 37 יום ארציים), והשדה המגנטי הופך להיות סבוך ובלתי יציב.
לבסוף נוצרת מעין לולאת קווי שטף מגנטיים המתנתקת מהשדה המגנטי המרכזי. תחת השפעת השדה המגנטי המרוכז מתקררת נקודה זו והטמפרטורה שלה יורדת ולכן היא פולטת פחות אור. לולאה זו מבקעת את השמש בשתי נקודות ויוצרת שני כתמים כהים, שהם למעשה, כתמי השמש הנראים לעתים על-פני הפוטוספירה.
מאחר שהכתמים נוצרים מהפעילות המגנטית של השמש ומהתפרצויות המשחררות לחלל חלקיקים טעונים הבאות בעקבותיה, יש למחזור הכתמים השפעה מכרעת על עוצמת השדה המגנטי על-פני כדור הארץ. דוגמה להשפעה זו הינן הפרעות התקשורת הנוצרות כתוצאה מהגעת החלקיקים הטעונים לאטמוספירה. דוגמה נוספת הינה ההשפעה של כתמי השמש על עוצמת תופעת הזוהר הקוטבי.