太阳光那么耀眼，古人是怎么发现黑子的呢？据专家分析，黑子是太阳上经常出现的现象，所以能看到它的机会很多。在日落或日出时，阳光穿过较厚的地球大气层，光度大大减弱，是适于肉眼观察的最好时机；另外在漫天风沙或浓烟滚滚时看太阳不太刺眼，也可直接观察，较大的黑子用肉眼完全可以分辨出来。如果你有一架望远镜，千万不能用它直接观测太阳！正确的方法应在望远镜的物镜前加一专门的滤光片（就像炼钢或焊接工人使用墨镜片的道理一样），或者采用“投影观测”方法，即把经过望远镜得到的太阳像投影在一张白色的屏上（一张白纸即可），这样就安全了。
欧洲最早用仪器观测太阳黑子的是意大利物理学家、天文学家伽利略。那是在1610年12月，伽利略用他的望远镜多次在雾霭中观看了太阳（这样做是很冒险的！因为他的望远镜未加任何保护眼睛的滤光措施，这可能是导致伽利略晚年失明的原因之一）。他几乎每次观测时都在日面上看到了黑子，并根据黑子在日面上的逐日移动，推测出太阳存在自转运动。从此以后，其他天文学家也很快地使用望远镜观测黑子，并且试图描绘黑子在日面出现的位置及形状的草图。有趣的是，当时有些人以为太阳也像行星一样，表面结构是岩石的，黑子可能是白炽的海面浮出的火山。
年英国天文学家威尔逊注意到，由于太阳的自转，有一个圆形的大黑子正向着太阳边缘缓缓地移动。经过仔细观察，他发现这个黑子看上去仿佛是凹进去的。随着太阳自转，这颗黑子的“身影”就逐渐消失了。威尔逊断定黑子在日面上是凹陷的。威尔逊的这个推断是正确的，现在知道这种凹陷的深度大约在100千米左右。
太阳黑子并不是黑色的，它只是比光球面上无黑子区的温度低1000多摄氏度，所以相比之下就显得黯然失色了。黑子的大小和形状很不一样，大的黑子直径可达10万千米以上，小的黑子直径只有1000多千米。黑子中心处的黑暗区（暗核）称为本影，围绕着中心暗核区有纤维状结构的区域称为半影，它比本影亮些，但比光球暗淡。
早在19世纪初期，天文学家赫歇尔就曾断言说：既然太阳黑子是黑的，它们就必定是冷的。为了解释这一点，他认为，太阳并不是里里外外都很热；虽说它有一个炽热的大气层，但在大气层的下面，则是太阳较冷的固体部分，这些缝隙就是黑子。那时，赫歇尔甚至认为太阳内部的固体表面上冷到可以允许生物在那里生存。现在看来，这种看法无疑是错误的。
太阳通体都是炽热的。科学家通过测量太阳峰值辐射的波长，计算出太阳表面的温度，这个温度大约是6000℃。太阳黑子的中心部分，温度约4500℃。话又说回来，即使是4500℃，太阳黑子也应该很明亮，为什么看上去它是黑的呢？那是因为人的眼睛是不能看出光的绝对强度的。人们在判断亮度时，靠的是与四周环境的比较。太阳表面上温度较高的区域的亮度，是黑子中心低温区域亮度的四五倍。与前者相比，后者在人眼中就显得是“黑”的了。这种“黑”只是光学上的错觉。1
