Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro và trải qua một giai đoạn biến đổi dữ dội. Lúc đó, lõi của ngôi sao trung tâm hệ Mặt Trời sẽ sụp đổ, trong khi lớp vỏ ngoài sẽ phình to một cách khủng khiếp, biến nó thành một người khổng lồ đỏ.
Trong giai đoạn này, hai hành tinh Sao Thủy và Sao Kim sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng. Số phận của Trái Đất vẫn còn bỏ ngỏ, nhưng nhiều khả năng hành tinh của chúng ta cũng sẽ bị hút vào và thiêu rụi trong biển lửa của Mặt Trời. Khi Mặt Trời trở thành một người khổng lồ đỏ, bán kính của nó có thể sẽ lớn đến mức chạm tới quỹ đạo của Trái Đất.
Khoảng 1 tỷ năm sau giai đoạn người khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ trút bỏ lớp vỏ ngoài và co lại thành một vật thể chỉ lớn bằng Trái Đất nhưng có mật độ vật chất cực kỳ cao, trở thành một sao lùn trắng. Ở giai đoạn này, Mặt Trời sẽ phát ra rất ít ánh sáng và nhiệt, khiến cho Hệ Mặt Trời trở thành một nơi băng giá, hoang tàn và chìm trong bóng tối vĩnh cửu.
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. Những hành tinh này có thể sẽ trở thành những vật thể lang thang trong không gian, không còn bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn của Mặt Trời.
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. Những va chạm này có thể sẽ tạo ra những hệ thống hành tinh mới, hoặc thậm chí là đẩy các hành tinh ra khỏi vùng vùng Mặt Trời.
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 các hành tinh, sao và các vật thể khác sẽ bị phá hủy hoặc phân tán ra khắp vũ trụ. Hệ Mặt Trời sẽ trở thành một phần của vũ trụ rộng lớn, nơi mà các ngôi sao và hành tinh được sinh ra và chết đi trong một vòng đời vô tận.
