Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro và bước vào một giai đoạn biến đổi nghiêm trọng. Lúc đó, lõi của ngôi sao trung tâm hệ Mặt Trời sẽ sụp đổ, đồng thời lớp vỏ ngoài sẽ giãn nở với kích thước khổng lồ, biến nó thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Quá trình này dự kiến sẽ gây ra những thay đổi lớn đối với các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Sao Thủy và Sao Kim có khả năng sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng do quỹ đạo của chúng quá gần với ngôi sao này. Số phận của Trái Đất vẫn còn nhiều bất ổn, nhưng có thể nó cũng sẽ bị kéo vào và bị thiêu rụi trong biển lửa của Mặt Trời.
Khoảng 1 tỷ năm sau giai đoạn trở thành ngôi sao khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ trải qua một sự thay đổi khác khi nó 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. Khi đó, hệ Mặt Trời sẽ trở thành một vùng đất 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. Các 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, hoặc 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.
