Iznad fotosfere nalazi se hladnija hromosfera, unutrašnji deo atmosfere Sunca. Ova oblast atmosfere emituje vrlo malo svetlosti i pri normalnim uslovima ne može se vizuelno posmatrati jer je fotosfera suviše sjajna i dominira nad zračenjem hromosfere. To što je hromosfera relativno tamnija od fotosfere rezultat je njene male gustine, gas koji sadrži vrlo mali broj atoma ili jona po jedinici zapremine ne može da emituje veliki broj fotona. Bez obzira što je hromosferu moguće videti samo pod posebnim uslovima ljudi su odavno bili svesni postojanja hromosfere.

Na slici je prikazano Sunce za vreme totalnog pomračenja, gde je Mesečeva senka zaklonila fotosferu pa se hromosfera vrlo jasno vidi. Na fotografiji je lako uočljiva crvenkasta boja hromosfere. Ova boja potiče od Ha emisione linije vodonika koja dominira u spektru hromosfere (talasna dužina ove linije je 656,3 nm, tačno u sredini crvenog dela spektra). Pored ovog intenzivnog zračenja u crvenom delu spektra zračenje hromosfere je vrlo intenzivno i u ljubičastoj liniji kalcijuma. Hromosfera je dobila naziv upravo zbog njene intenzivne boje koja potiče od vodoniovih i kalcijumovih linija.

U hromosferi postoje nehomogenosti i zbog toga u njoj se može izdvojiti nekoliko slojeva i to: niža (do 1.500 km iznad fotosfere), srednja (između 1.500 i 4.000 km), i gornju hromosferu (od 4.000 do 10.000 km). Niža hromosfera je dosta homogena i u njoj temperatura tastavlja da opada sa udaljavanjem od fotosfere. Pri njenom vrhu temperatura iznosi oko 4.500 – 4.000 K. Ova temperatura je niža od one u dubljim slojevima Sunca i to dovodi do nastanka apsorpcionih linija u spektru elektromagnetnog zračenja. Iznad niže hromosfere temperatura počinje d alaste i pri njenom vrhu dostiže 10.000 K.

U hromosferi koncentracija čestica počinje naglo da opada. Na visini od 1.000 km iznad fotosfere koncentracija atoma vodonika (najčešće jonizovanih) iznosi oko 10¹⁹ m^-3, a na visini od 10.000 km oko 10¹⁵ m^-3.Koncentracija elektrona na tim visinama iznosi 10¹¹ m^-3, odnosno 10⁹ m^-3.

Na monohromatskim snimcima hromosfere vidi se da ona ima mrežastu strukturu sa zrnima u obliku vlakana, tzv. flokula. Ova zrna su većih dimenzija od granula u fotosferi. Takođe, u hromosferi se mogu videti i krupne sjajne površine, tj. hromosferske fakule, koje leže tačno iznad pega u fotosferi. Prema tome, pege i hromosferske fakule predstavljaju različite oblike istih aktivnih oblasti, ali na različitim visinama.

Hromosfera uopšte nije mirna. Svakih nekoliko minuta desi se erupcija male solarne oluje izbacujući mlazove vrelog gasa, poznate kao spikule, u gornje slojeve atmosfere. Ovi dugački, tanki mlazevi usijanog gasa, temperature oko 15.000 K, napuštaju površinu Sunca brzinom od oko 100 km/h i dospevaju do visine od nekoliko hiljada kilometara iznad fotosfere. Spikule najčešće traju oko 15 minuta. One nisu ravnomerno raspoređene po površini Sunca. One pokrivaju samo oko 1% ukupne površine Sunca i najčešće se grupišu u blizini ivica supergranula. Procenjuje se da je u hromosferi u svakom trenutku prisutno oko milion spikula.