Формирование суперконтинента может существенно повлиять на окружающую среду. Столкновение плит приведёт к формированию гор, тем самым значительно меняя погодные условия. Уровень моря может упасть вследствие увеличения оледенения. Скорость поверхностной эрозии может возрасти, в результате чего увеличится скорость, с которой поглощается органический материал. Формирование суперконтинента может привести к снижению глобальной температуры и увеличению концентрации атмосферного кислорода. Эти изменения могут привести к более быстрой биологической эволюции, поскольку появятся новые ниши. Это, в свою очередь, может повлиять на климат и привести к дальнейшему понижению температуры. Образование суперконтинента изолирует мантию. Поток тепла будет сконцентрирован, приводя к вулканизму и заполнению больших площадей базальтом. Далее будут формироваться трещины, и суперконтинент разделится ещё раз. Затем планета может испытать период потепления, как это произошло во время мелового периода.
Энергия, генерируемая Солнцем, основана на термоядерном синтезе водорода в гелий. Эта реакция проходит в ядре звезды посредством протон-протонного цикла. Поскольку в ядре Солнца нет конвекции, процесс синтеза приводит к устойчивому накоплению гелия. Температура в ядре Солнца является слишком низкой для ядерного синтеза атомов гелия в тройной гелиевой реакции, так что эти атомы не способствуют чистой генерации энергии, которая необходима для поддержания гидростатического равновесия Солнца. В настоящее время почти половина запаса водорода в ядре израсходована, а остальная часть состоит преимущественно из гелия. Для компенсации неуклонно снижающегося числа атомов водорода на единицу массы температура ядра Солнца постепенно увеличивается посредством повышения давления. Это стало причиной того, что остальной водород подвергается синтезу более быстрыми темпами, тем самым производя энергию, необходимую для поддержания равновесия. Результатом становится постоянное увеличение выхода энергии Солнца. Когда Солнце вышло на главную последовательность, оно излучало только 70 % от текущей светимости, которая затем увеличивалась почти линейно на 1% каждые 110 миллионов лет. Таким образом, через 3 миллиарда лет светимость Солнца, как предполагается, будет на 33 % больше. Водородное топливо в ядре будет в итоге исчерпано через 4,8 миллиарда лет, когда светимость Солнца будет на 67% больше, чем сейчас. После этого Солнце продолжит сжигать водород в оболочке, окружающей её ядро, пока увеличение яркости не достигнет 121% от текущего значения, что ознаменует конец существования Солнца на главной последовательности и начало его перехода на ветвь красных гигантов.
По мере того, как будет возрастать глобальная температура Земли вследствие роста светимости Солнца, будет также возрастать скорость выветривания силикатных минералов. Это, в свою очередь, приведёт к снижению уровня углекислого газа в атмосфере. В течение следующих 600 миллионов лет концентрация CO2 упадёт ниже критического порога (около 50 частей на миллион), необходимого для поддержания C3-фотосинтеза. Деревья и леса в их нынешней форме тогда уже не смогут существовать. C4-фотосинтез может всё же продолжаться при гораздо более низких концентрациях, вплоть до 10 частей на миллион. Таким образом, растения, использующие C4-фотосинтез, смогут существовать по меньшей мере в течение 0,8 миллиарда лет, а возможно — и 1,2 миллиарда лет, после чего рост температуры сделает биосферу нежизнеспособной. В настоящее время C4-растения составляют около 5% растительной биомассы Земли и 1% от известных видов растений. Например, около 50 % всех видов трав (злаки), так же, как и многие виды амарантовых используют C4-фотосинтетические реакции.
Когда уровень углекислого газа упадёт до предела, при котором фотосинтез едва устойчив, доля диоксида углерода в атмосфере снова начнёт возрастать вследствие тектонической активности и жизни животных. Это позволит растительности вновь развиваться. Однако долгосрочная перспектива для растительной жизни на Земле — это полное вымирание, поскольку бо́льшая часть оставшегося в атмосфере углерода окажется связанным в земле. Некоторые микроорганизмы способны к фотосинтезу при концентрации CO2 в несколько частей на миллион, поэтому эти формы жизни, вероятно, исчезнут только из-за повышения температуры и потери биосферы.
В своей работе «Жизнь и смерть планеты Земля» авторы Питер Д. Уорд и Дональд Браунли утверждают, что некоторые формы животной жизни могут продолжить существование даже после того, как бо́льшая часть растительной жизни на Земле исчезнет. Первоначально некоторые насекомые, ящерицы, птицы и мелкие млекопитающие смогут продолжить существование вместе с морской жизнью. Авторы, однако, считают, что без кислорода, пополняемого растительной жизнью, животные, вероятно, вымрут от удушья в течение нескольких миллионов лет. Даже если в атмосфере останется достаточное количество кислорода вследствие живучести той или иной формы фотосинтеза, устойчивый рост глобальной температуры может привести к постепенной утрате биоразнообразия. Бо́льшая часть поверхности станет бесплодной пустыней, и жизнь в первую очередь должна остаться в океане. Как только солнечная светимость станет на 10% выше текущего значения, средняя глобальная температура поверхности достигнет 320 К (47°С). Атмосфера станет «влажной парниковой», что приведёт к безудержному испарению океанов. Модели будущего Земли показывают, что тогда стратосфера будет содержать повышенный уровень воды. Молекулы воды будут разрушаться солнечным ультрафиолетовым излучением посредством фотодиссоциации, из-за чего водород начнёт покидать атмосферу. Конечным результатом будет исчезновение морской воды по всей Земле через 1,1 миллиарда лет. В эту безокеанскую эру на поверхности по-прежнему будут водные бассейны, поскольку вода непрерывно будет высвобождаться из глубоких слоёв коры и мантии. Некоторые запасы воды могут быть сохранены на полюсах и даже могут случаться редкие ливни, но большая часть планеты будет сухой пустыней. Тем не менее, даже в этих засушливых условиях планета может сохранить некоторую микробную и, возможно, даже многоклеточную жизнь. Что произойдёт дальше — зависит от уровня тектонической активности. Устойчивый выход диоксида углерода из-за извержений вулканов в конечном счёте может привести к переходу атмосферы в состояние «суперпарник», как сейчас на Венере. Но без поверхностных вод тектоника плит, вероятно, остановится и большинство карбонатов останутся в земле.
Потеря океанов может быть отсрочена на 2 миллиарда лет, если уменьшится общее атмосферное давление. Более низкое атмосферное давление уменьшило бы парниковый эффект, тем самым понизив поверхностную температуру. Это может произойти, если природные процессы удалят азот из атмосферы. Исследования органических отложений показали, что по меньшей мере 100 кПа (1 бар) азота было удалено из атмосферы за последние четыре миллиарда лет. Если его выпустить обратно, то это фактически удвоит текущее атмосферное давление. Такая скорость изъятия была бы достаточной для борьбы с последствиями увеличения светимости Солнца в течение следующих двух миллиардов лет. Однако, помимо этого, в нижних слоях атмосферы количество воды вырастет до 40%, что станет причиной влажного парникового эффекта. Если парниковый эффект не произойдёт ранее, то в конечном счёте это явление будет иметь место через 3—4 миллиарда лет, когда светимость Солнца станет на 35—40 % больше, чем её текущее значение. Атмосфера нагреется, и поверхностная температура поднимется до 1600 K (1330°C), что сможет расплавить горные породы. Тем не менее большая часть атмосферы будет сохранена, пока Солнце не вступит в стадию красного гиганта.
Как только Солнце вместо сжигания водорода в ядре перейдёт к сжиганию водорода вокруг оболочки, его ядро начнёт сжиматься, а внешняя оболочка начнёт расширяться. Светимость звезды будет неуклонно возрастать в течение следующих миллиардов лет, пока не достигнет максимума в 2 730 L☉ в возрасте 12,167 миллиарда лет. Большая часть атмосферы Земли будет потеряна в космос, а ее поверхность будет состоять из лавового океана, вероятно, схожего с поверхностью нынешней экзопланеты COROT-7b, при этом температура ее поверхности достигнет более 2400 K (2130 °C). Во время этой фазы Солнце будет терять массу, причём около 33% от его общей массы потеряет посредством солнечного ветра. Потеря массы будет означать, что орбиты планет будут расширяться. Орбитальное расстояние Земли увеличится более чем на 150% от его текущего значения. Самая быстрая часть расширения Солнца в красный гигант произойдёт на заключительном этапе, когда Солнцу будет приблизительно 12 миллиардов лет. Вполне вероятно, что, расширившись, Солнце поглотит Меркурий и Венеру, достигнув максимального радиуса 1,2 астрономической единицы. К тому времени, когда Солнце перейдёт на стадию красного гиганта, диаметр орбиты Луны немного возрастёт, а период её обращения увеличится на несколько дней вследствие приливного взаимодействия с Землёй. В этот период выбросы из солнечной атмосферы могут привести к быстрому изменению формы лунной орбиты. Как только перигей орбиты приблизится на расстояние 18 470 км, Луна пересечёт предел Роша Земли, и приливное взаимодействие с Землёй разорвёт спутник, превратив его в кольцевую систему. Затем бо́льшая часть колец начнёт разрушаться и остатки будут сталкиваться с Землёй, поэтому, даже если Земля не будет поглощена Солнцем, она, скорее всего, останется без Луны.