向日葵植物含为生长素的激素，这尔蒙对敏感，尽一切可能寻找阴影。它们从在阳光下的植物部分迁移到茎中的阴影区域。一旦那里，生长素（基本上是生长激素）刺激细胞的生长。这导致茎在阴影区域变得笨重，因此花朵朝向相反的方向弯曲而朝向太阳。当太阳在天空中移动时，生长素也会继续迁移到被遮蔽的茎干部分，通过刺激细胞生长不断使阴影部分变得更加笨重。这就是向日葵继续面向太阳的方式——不断地从茎的较大部分弯曲。
向日葵的花托部生长素背光分布，因而背光侧的茎生长较快，茎会向光源处弯曲。在阳光的照射下，生长素在向日葵背光一面含量升高，刺激背光面细胞拉长向太阳转动。在太阳落山后，生长素重新分布，使向日葵转回东方。
花盘盛开后，就不再向日转动，而是固定朝向东方。向日葵的花粉怕高温，如果温度高于30℃，就会被灼伤，因此固定朝向东方，可以避免正午阳光的直射，减少辐射量。但是，花盘在早上受阳光照射，有助于烘干在夜晚时凝聚的露水，减少受霉菌侵袭的可能性；此外早上温度较低，阳光的照射使向日葵的花盘成了温暖的小窝，能吸引昆虫帮助传粉。
野生向日葵栖息地主要是草原以及干燥、开阔的地区。它们沿着路边、田野、沙漠边缘和草地生长。在阳光充足，潮湿或受干扰的地区生长最好。野生向日葵耐受高温和低温，但更耐低温，最佳温度范围在21-26℃之间。向日葵对土壤要求较低，在各类土壤上均能生长，从肥沃土壤到旱地、瘠薄、盐碱地均可种植。不仅具有较强的耐盐碱能力，而且还兼有吸盐性能。可以在碱性土壤中茁壮成长，抗旱性较强。
