Em cerca de seis mil milhões de anos, o Sol ficará sem combustível de hidrogénio. Este será um processo muito gradual ao longo de bilhões de anos. À medida que o Sol queima o seu combustível de hidrogénio, a sua temperatura central aumentará e as suas camadas exteriores expandir-se-ão - fazendo com que o Sol se transforme numa estrela gigante vermelha. Durante o seu desenvolvimento para uma estrela gigante vermelha, prevê-se que o diâmetro do Sol se torne aproximadamente 200 vezes o seu diâmetro actual e o seu brilho talvez seja mais de 1.000 vezes o seu brilho actual.
A produção de energia do Sol no seu núcleo central será muito maior do que actualmente e perderá massa através de um vento solar intensificado. A temperatura da sua superfície deverá cair devido à expansão e ao arrefecimento das suas camadas exteriores, mas a sua luminosidade global será maior do que a actual. Quando se tornar uma gigante vermelha, o Sol se estenderá muito além da órbita atual da Terra e poderá engolir a Terra.
Depois disso, a camada externa instável do Sol irá flutuar para o espaço, formando uma nebulosa planetária, e o núcleo do Sol ficará exposto. O núcleo, chamado anã branca, é muito quente, mas fraco à medida que continua a esfriar e a escurecer ao longo de trilhões de anos.