Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, khi nhiên liệu hydro trong lòng Mặt Trời cạn kiệt, ngôi sao trung tâm của hệ Mặt Trời sẽ trải qua một giai đoạn biến đổi lớn. Quá trình này sẽ gây ra sự thay đổi nghiêm sâu đối với toàn bộ hệ Mặt Trời. Lõi của Mặt Trời sẽ sụp đổ dướiแรง hấp dẫn cực kỳ mạnh, đồng thời lớp vỏ ngoài sẽ phình to lên một cách đáng kể. Sự thay đổi này sẽ biến Mặt Trời thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Khi Mặt Trời trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ, hai hành tinh trong cùng của hệ Mặt Trời là Sao Thủy và Sao Kim có khả năng cao sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng. Sự va chạm và sát nhập này sẽ làm cho quỹ đạo của chúng bị suy giảm đáng kể. Nhiều nhà khoa học cho rằng, số phận của Trái Đất vẫn còn nhiều điều chưa thể khẳng định, nhưng hành tinh của chúng ta có nguy cơ rất cao bị kéo vào vùng ảnh hưởng của Mặt Trời, và có thể sẽ bị thiêu rụi trong biển lửa của ngôi sao này.
Sau giai đoạn trở thành người khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ trải qua một quá trình thay đổi khác. Khoảng 1 tỷ năm sau đó, lớp vỏ ngoài mà Mặt Trời đã phình to sẽ được trút bỏ. Khi đó, Mặt Trời sẽ co lại thành một vật thể có kích thước tương đương với Trái Đất, nhưng mật độ vật chất của nó sẽ cực kỳ cao. Lúc này, Mặt Trời đã trở thành một sao lùn trắng.
Sau khi Mặt Trời trở thành một sao lùn trắng, hệ Mặt Trời sẽ lâm vào trạng thái băng giá và chìm trong bóng tối vĩnh cửu. Không còn năng lượng từ Mặt Trời, các hành tinh trong hệ sẽ không còn được làm ấm và sẽ trở nên lạnh giá. 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 sẽ 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 sau đó, sự cân bằng hấp dẫn của hệ Mặt Trời sẽ bị phá vỡ. Các hành tinh có khả năng va chạm với nhau hoặc bị một ngôi sao lang thang trong vũ trụ xé toạc. Trường hợp xấu hơn nữa là các hành tinh có thể bị văng ra khỏi hệ Mặt Trời mãi mãi.
Cuối cùng, có lẽ sau hàng triệu tỷ năm, hệ Mặt Trời sẽ không còn gì sót lại như chúng ta từng biết. Tất cả các hành tinh và vật thể sẽ mất tích hoặc thay đổi hoàn toàn do các tương tác hấp dẫn và va chạm vũ trụ. Khi đó, hệ Mặt Trời sẽ hoàn toàn không còn dấu hiệu của sự sống và trở thành một phần của vũ trụ tối tăm và lạnh lẽo.
