Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro và bước vào một giai đoạn biến đổi lớn. Lúc đó, ngôi sao trung tâm của hệ Mặt Trời sẽ trải qua một quá trình thay đổi đáng kể, lõi của nó sẽ sụp đổ trong khi lớp vỏ ngoài sẽ phình to với một kích thước khổng lồ, biến nó thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.

Khi Mặt Trời biến thành một sao khổng lồ đỏ, hai hành tinh Sao Thủy và Sao Kim có khả năng cao sẽ bị nuốt chửng bởi Mặt Trời. Số phận của Trái Đất hiện vẫn còn là một câu hỏi lớn, thế nhưng nhiều khả năng hành tinh chúng ta sẽ bị kéo vào và bị thiêu rụi trong biển lửa của Mặt Trời. Sau đó, khoảng 1 tỷ năm sau giai đoạn trở thành sao khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ trải qua một quá trình trút bỏ lớp vỏ ngoài và co lại thành một vật thể có kích thước tương đương với Trái Đất nhưng có mật độ vật chất cực kỳ cao, trở thành một sao lùn trắng.

Ở giai đoạn này, hệ Mặt Trời sẽ trở thành một nơi băng giá, hoang tàn và chìm trong bóng tối vĩnh cửu. Mặc dù vậy, về mặt kỹ thuật, hệ Mặt Trời vẫn chưa chết hẳn. Những hành tinh khổng lồ như Sao Mộc hay 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 tiếp theo, sự cân bằng hấp dẫn của hệ Mặt Trời sẽ bị phá vỡ. Các hành tinh có thể va chạm vào nhau, bị một ngôi sao lang thang xé toạc, hoặc bị văng ra khỏi hệ Mặt Trời mãi mãi. Cuối cùng, có lẽ sau hàng triệu tỷ năm, sẽ không còn gì sót lại từ hệ Mặt Trời mà chúng ta từng biết.