Dans environ six milliards d’années, le Soleil sera à court d’hydrogène. Ce sera un processus très progressif sur des milliards d’années. À mesure que le Soleil brûle son combustible hydrogène, sa température centrale augmente et ses couches externes se dilatent, ce qui fait que le Soleil se transforme en une étoile géante rouge. Au cours de son évolution en étoile géante rouge, le diamètre du Soleil devrait devenir environ 200 fois son diamètre actuel et sa luminosité peut-être plus de 1 000 fois sa luminosité actuelle.

La production d'énergie du Soleil dans son noyau central sera beaucoup plus élevée qu'actuellement et il perdra de la masse à cause d'une intensification du vent solaire. Sa température de surface devrait baisser en raison de l'expansion et du refroidissement de ses couches externes mais sa luminosité globale sera supérieure à celle actuelle. Lorsqu'il deviendra une géante rouge, le Soleil s'étendra bien au-delà de l'orbite terrestre actuelle et pourrait engloutir la Terre.

Après cela, la couche externe instable du Soleil dérivera dans l’espace, formant une nébuleuse planétaire, et le noyau du Soleil sera exposé. Le noyau, appelé naine blanche, est très chaud mais faible car il continue de se refroidir et de s'atténuer pendant des milliards d'années.