Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro và trải qua 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 phình to với mức độ khổng lồ, biến nó thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Quá trình biến đổi này sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Sao Thủy và Sao Kim có khả năng cao sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng do khoảng cách của chúng quá gần với Mặt Trời. Số phận của Trái Đất vẫn còn nhiều điều không chắc chắn, nhưng có nhiều khả năng hành tinh của chúng ta cũng sẽ bị kéo vào vùng không gian đầy nguy hiểm và bị thiêu rụi trong biển lửa của Mặt Trời.
Sau khi trải qua giai đoạn trở thành ngôi sao khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ trải qua một giai đoạn mới. Khoảng 1 tỷ năm sau đó, nó sẽ 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. Khi đó, Mặt Trời sẽ trở thành một sao lùn trắng. Hệ Mặt Trời sẽ trở thành một không gian băng giá, hoang tàn và chìm trong bóng tối vĩnh cửu.
Mặc dù vậy, về mặt kỹ thuật, hệ Mặt Trời vẫn chưa thực sự chết hẳn. Những 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 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. Những tàn dư của hệ Mặt Trời sẽ tồn tại trong một không gian vũ trụ lạnh giá và bóng tối vĩnh cửu, như một dấu tích của một hệ thống thiên văn đã từng tồn tại hàng tỷ năm trước.
