ห่วงโซ่ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน คือหนึ่งในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นชนิดหนึ่งในจำนวนสองรูปแบบ ซึ่งดาวฤกษ์ใช้ในการแปลงไฮโดรเจนไปเป็นฮีเลียม ปฏิกิริยาอีกชนิดหนึ่งคือวงจรซีเอ็นโอ (วงจรปฏิกิริยาคาร์บอน-ไนโตรเจน-ออกซิเจน) สำหรับห่วงโซ่ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอนนั้นจะเกิดในดาวฤกษ์ที่มีขนาดประมาณดวงอาทิตย์หรือเล็กกว่าโดยปกติ ฟิวชั่นของโปรตอน-โปรตอน เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิ (หรือพลังงานจลน์) ของโปรตอนนั้นสูงมากจนสามารถเอาชนะแรงไฟฟ้าสถิตร่วมหรือ แรงผลักเนื่องจากประจุไฟฟ้าบวก (Coulomb repulsion) อาร์เธอร์ สแตนลีย์ เอ็ดดิงตัน เป็นผู้เสนอทฤษฎีนี้เมื่อช่วงคริสต์ทศวรรษ 1920 ว่า ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอนเป็นหลักการพื้นฐานซึ่งดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ ใช้ในการเผาผลาญตนเอง ในยุคนั้นเชื่อกันว่าอุณหภูมิของดวงอาทิตย์ต่ำเกินไปที่จะฝ่ากำแพงคูลอมบ์ (Coulomb barrier) ได้ แต่หลังจากวิวัฒนาการด้านกลศาสตร์ควอนตัม จึงมีการค้นพบอุโมงค์ควอนตัมของฟังก์ชันคลื่นของโปรตอนซึ่งทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าที่เคยคาดการณ์กันไว้ตามหลักของฟิสิกส์ดั้งเดิมอย่างไรก็ดี ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดีนักว่า ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน ดำเนินไปอย่างไร เนื่องจากผลผลิตจากปฏิกิริยาที่เห็นชัดที่สุด คือฮีเลียม-2 นั้นเป็นสสารที่ไม่เสถียรและจะแยกตัวออกกลายไปเป็นคู่โปรตอนตามเดิม ในปี ค.ศ. 1939 Hans Bethe เสนอว่า โปรตอนตัวหนึ่งอาจจะสลายตัวให้อนุภาคบีตากลายไปเป็นนิวตรอนผ่านอันตรกิริยาอย่างอ่อนระหว่างช่วงเวลาสั้นๆ ของการเกิดฟิวชั่น ทำให้ได้ดิวเทอเรียมขึ้นมาเป็นผลผลิตแรกในห่วงโซ่ปฏิกิริยา[1] แนวคิดนี้เป็นส่วนหนึ่งที่ปรากฏอยู่ในทฤษฎีการสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นผลงานที่ทำให้ Bethe ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์