Pål Brekke har bakgrunn som solfysiker ved Institutt for Teoretisk Astrofysikk der han i 1993 tok sin doktorgradavhandling. Fagfelt var observasjoner og tolkning av solens ultraviolette spektrum og har benyttet data fra både Spacelab 2 på romferge Challenger og fra ulike rakett- og satellitt-instrumenter. Han var en sentral del av den norske deltagelsen i solsatellitten SOHO (Solar end Heliospheric Observatory), et samarbeidsprosjekt mellom ESA og NASA. Fra 1995 til 1999 var han en del av operasjonsteamet til SOHO ved NASA Goddard Space Flight Center i USA.