Bajo la influencia combinada de la fusión del hidrógeno en una delgada cáscara lejos del interior solar y de la fusión del helio a alta temperatura en su núcleo, el Sol experimentará un cambio importante: su exterior se expandirá y se enfriará.
El Sol se convertirá en una estrella gigante roja. Su superficie visible estará tan alejada de su interior que la gravedad en la superficie será débil y su atmósfera se expandirá hacia el espacio, envolviendo y devorando a los planetas Mercurio, Venus y, probablemente la Tierra.
Pero la ceniza estelar del Sol sólo puede utilizarse como combustible hasta cierto punto. Llegará un momento en que todo el interior solar será carbono u oxígeno, cuando ya a las temperaturas y presiones dominantes no pueda ocurrir ninguna reacción nuclear más. Cuando el helio central se haya gastado casi del todo, las temperaturas del interior aumentarán de nuevo poniendo en marcha una última onda de reacciones nucleares y expandiendo la atmósfera solar un poco más.
El Sol en agonía pulsará lentamente, expandiéndose y contrayéndose con un período de unos cuantos milenios, hasta terminar expulsando su atmósfera al espacio en forma de una o más cáscaras concéntricas de gas, más allá de la órbita de Plutón.
Quizá más de la mitad de la masa del Sol se pierda de este modo. El resto, del núcleo solar desnudo, constituirá una pequeña estrella caliente que emitirá su calor al espacio, y habrá quedado tan colapsada que su densidad será tal que una cucharadita de té de su masa pesaría más de una tonelada.
Miles de millones de años más tarde el Sol se convertirá en una estrella enana blanca que se irá enfriando hasta llegar a su estado final, el de una enana negra, oscura y muerta.
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