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 phình to đáng kể, biến nó thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.
Quá trình 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 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 thể hành tinh của chúng ta cũng sẽ bị kéo vào và bị thiêu rụi trong biển lửa của Mặt Trời.
Sau giai đoạn trở thành ngôi sao khổng lồ đỏ, khoảng 1 tỷ năm sau, Mặt Trời 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, trở thành một sao lùn trắng. Khi đó, 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. 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, 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.
Như vậy, số phận cuối cùng của hệ Mặt Trời sẽ là một nơi lạnh lẽo, tối tăm và không còn sự sống. Các hành tinh sẽ không còn tồn tại như hiện tại, và hệ Mặt Trời sẽ trở thành một phần của vũ trụ lạnh lẽo và vô hồn.