Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, khi nhiên liệu hydro trong lõi của Mặt Trời cạn kiệt, ngôi sao trung tâm của hệ Mặt Trời sẽ trải qua một giai đoạn biến đổi dữ dội. Lúc đó, lõi của nó sẽ sụp đổ dưới sức ép của chính trọng lực, trong khi lớp vỏ ngoài sẽ phình to một cách khủng khiếp. Sự thay đổi này sẽ biến Mặt Trời thành một ngôi sao khổng lồ đỏ, một dạng sao tiến hóa晚期.
Quá trình này sẽ có những hậu quả nghiêm trọng đối với các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Sao Thủy và Sao Kim có khả năng cao sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng do quỹ đạo của chúng quá gần với ngôi sao trung tâm. Số phận của Trái Đất vẫn còn là một câu hỏi lớn; tuy nhiên, nhiều nhà khoa học tin rằng hành tinh của chúng ta cũng có thể bị kéo vào và tiêu hủy trong biển lửa của Mặt Trời khi nó trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Sau giai đoạn trở thành người khổng lồ đỏ, khoảng 1 tỷ năm sau, Mặt Trời sẽ trút bỏ lớp vỏ ngoài và co lại thành một vật thể có kích thước tương đương với Trái Đất nhưng với mật độ vật chất cực kỳ cao. Lúc này, Mặt Trời sẽ trở thành một sao lùn trắng, một dạng sao mà ở đó quá trình đốt cháy nhiên liệu hạt nhân đã kết thúc và chỉ còn lại phần lõi đặc biệt nóng và sáng.
Khi Mặt Trời trở thành một sao lùn trắng, hệ Mặt Trời sẽ lâm vào một kỷ nguyên băng giá, hoang tàn và chìm trong bóng tối vĩnh cửu. Sự vắng vẻ và lạnh giá sẽ bao trùm toàn bộ hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, hệ Mặt Trời vẫn chưa hoàn toàn “chết”. Các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc và Sao Thổ vẫn tiếp tục quay quanh xác chết của Mặt Trời trong một vũ điệu cô độc, kéo dài hàng tỷ năm.
Trong thời gian dài không tưởng tiếp theo, sự cân bằng hấp dẫn của hệ Mặt Trời sẽ dần bị phá vỡ. Các hành tinh có thể va chạm vào nhau, hoặc bị một ngôi sao lang thang trong vũ trụ xé toạc. Cũng có khả năng các hành tinh sẽ bị văng ra khỏi hệ Mặt Trời mãi mãi, trôi dạt vào không gian sâu rộng lớn.
Cuối cùng, có lẽ sau hàng triệu tỷ năm, sẽ không còn gì sót lại từ hệ Mặt Trời mà chúng ta từng biết. Tất cả sẽ chỉ còn là ký ức và những nghiên cứu khoa học nhằm hiểu rõ hơn về vòng đời của các ngôi sao và hệ hành tinh trong vũ trụ bao la.
