4個氫核聚變為一個氦核的途徑之一。是C.F.von魏茨澤克於1937年，H.A.貝特於1938年提出的。這個反應過程是小品質、低光度的主序星的主要能源，如太陽現階段輻射出去的能量90％以上是質子–質子反應提供的。當恒星中心的溫度達到1 000萬度左右時氫便開始燃燒。下麵給出瞭T=3×107K時時對於任何給定粒子所發生的反應以及平均反應時間，同時還給出瞭每一步反應中所放出的能量。其中第三個反應每發生一次，第一、第二兩種反應必須發生兩次。反應中所放出的能量並沒有全部貢獻給恒星的光度，第一步反應所釋出的能量中有0.26兆電子伏是被中微子帶走的，因而損失掉。所以，每形成1個氦原子對於光度的總貢獻為26.2兆電子伏。這組反應是質子–質子反應中的主要分支。

　　質子–質子反應可由三個分支反應過程分別完成：式中γ和νe分別代表光子和電子中微子。上面各個分支反應過程中，兩個質子形成氘核2H的反應速率最慢，從而控制瞭整個鏈式反應。理論計算表明，氘核的反應截面很小，實驗室裡也從未觀測到。不過，原子核物理學和弱相互作用理論的成就表明，這項反應是可能存在的。