太阳常数随波长的分布称为“大气外太阳分光辐照”，其单位常用瓦/（厘米²·微米）表示。太阳辐射的能量集中在可见光和近红外波段，因此太阳常数涉及的波段并不太宽，0.2～10.0微米波段的辐射已占太阳常数的99.9%，其中0.3～3.0微米就占97%左右。精确测定太阳常数对于研究太阳和地球大气结构十分重要，还可应用于气象、航天、太阳能利用和环境科学等领域。

直到20世纪60年代，基本上都在地面进行太阳常数测量，因此必须考虑地球大气对太阳辐射的吸收改正。通常都在大气稀薄的高山地区，用太阳分光辐射仪测定太阳在不同高度（对应于不同大气质量）时辐射强度随波长的相对分布（称为相对分光辐照），波段范围大约为0.295～2.5微米。同时，用一架绝对能量标度的太阳总辐射仪测定同样波段的太阳总辐射能量，作为上述相对分布的绝对能量定标。然后，对每一波长按照指数消光定律外推得到地球大气外的太阳分光辐照，再对波长积分就得到大气外0.295～2.5微米的太阳辐射能量。必须进行分光测量是因为指数消光定律只适用于单色辐射。至于波长小于0.295微米和大于2.5微米的太阳辐射，则因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面，只能利用高空探测或理论推算得到。把所有波长的能量加在一起，并作日地平均距离订正后，即得到太阳常数。也可用飞机（约在11～13千米高度）进行太阳分光和总辐射测量，要作的大气吸收改正比高山测量要小，但也须作飞机窗口玻璃吸收的改正，以及观测时间不长造成大气质量变化范围太小而影响外推大气外的精度等问题。因飞机观测仍须进行大气消光改正，基本上仍属地面观测范畴。地面测量的太阳常数精度通常为1％左右。

从20世纪60年代后期开始，太阳常数的测定一般不在地面进行，而是利用火箭（60千米以上）、人造卫星和宇宙飞船携带太阳辐射仪在太空中直接测量太阳的总辐射能量（绝对能量标度）。此时地球大气的吸收已可忽略，测量结果经日地平均距离订正后就是太阳常数。从太空直接测量太阳常数的精度优于1‰。

太阳常数测量结果大多在1.95～2.0卡/（厘米²·分）之间。1954年F.S.约翰逊主要根据20世纪50年代以前的地面测量结果，综合分析后提出S＝2.00卡/（厘米²·分）或1394瓦/米²，这一数值在50～60年代被广泛采用。随后多采用1971年由D.拉布斯和H.内克尔综合部分地面观测和高空探测后提出的S＝1.95卡/（厘米²·分）或1352瓦/米²。现普遍采用1980年发射的人造卫星“太阳极大年使者”(SMM)上测量的更精确数值S＝1.96卡/（厘米²·分）或1367瓦/米²。

关于太阳常数是否变化的问题曾有过长期争论，原因在于早期的观测（尤其是地面观测）精度较差，难以判定不同研究者在不同时期测得的不同结果是太阳本身的变化，还是他们所用的不同观测仪器和资料处理方法带来的系统误差造成的。直到1980年4月至5月间人造卫星“太阳极大年使者”上的太阳辐射仪观测到太阳总辐射的两次明显下降，其变化幅度分别达到0.15%和0.09%，并且分别与当时日面上出现的两群大黑子对应，这才肯定太阳总辐射，亦即太阳常数与日面上的太阳黑子密切相关。随后的观测进一步证实了太阳常数与太阳黑子之间存在相关。