Tra circa sei miliardi di anni, il Sole resterà a corto di idrogeno. Questo sarà un processo molto graduale nel corso di miliardi di anni. Man mano che il Sole brucia il suo combustibile a idrogeno, la sua temperatura interna aumenterà e i suoi strati esterni si espanderanno, facendo sì che il Sole si trasformi in una stella gigante rossa. Durante il suo sviluppo in una stella gigante rossa, si prevede che il diametro del Sole diventi circa 200 volte il suo diametro attuale e la sua luminosità forse più di 1.000 volte la sua luminosità attuale.

La produzione di energia del Sole nel suo nucleo centrale sarà molto più elevata di quella attuale e perderà massa a causa dell'intensificazione del vento solare. La sua temperatura superficiale dovrebbe diminuire a causa dell'espansione e del raffreddamento dei suoi strati esterni, ma la sua luminosità complessiva sarà maggiore di quella attuale. Quando diventerà una gigante rossa, il Sole si estenderà ben oltre l'attuale orbita terrestre e potrebbe inghiottire la Terra.

Successivamente, lo strato esterno instabile del Sole andrà alla deriva nello spazio, formando una nebulosa planetaria, e il nucleo del Sole sarà esposto. Il nucleo, chiamato nana bianca, è molto caldo ma debole poiché continua a raffreddarsi e ad attenuarsi per trilioni di anni.