地球的未來可以由幾個地球長期的轉變估計，包括地球表面的化學狀態、地球內部冷卻的速度、地球與其他太陽系行星的攝動，以及太陽光度穩定的增長。這個估計當中有一個不明朗的因素，在於人類科技的發展對於地球所作的持續變化，包括可以對地球造成明顯變化的地質工程。目前的生態危機主要是由人類科技發展導致，而其影響可能會持續長達500萬年。科技發展亦可能導致人類滅絕，使地球回復到緩慢的進化步伐及長期的自然過程。
在數以億年計的時間尺度，隨機的天體事件可以對全球性生物圈帶來威脅，這可能會導致物種大滅絕。這些天體事件包括100光年內的超新星爆發，直徑為5-10公里（3.1〜6.2英里）以上的彗星或小行星。其他大型地質事件更具可預測性。如果忽略全球暖化的長期影響，米蘭科維奇循環估計地球將會繼續處於冰期至少到第四紀冰河時期結束。這是由地球軌道的離心，轉軸傾角及進動現象的因素導致。隨著超大陸旋迴的進行，地球板塊將可能在2.5至3.5億年間形成一個超大陸。在15至45億年後，地球的轉軸傾角可能出現最多90度的變化。
在未來40億年中，太陽的光度會持續增加，令抵達地球表面的太陽輻射亦持續上升。這樣會令矽酸鹽的風化作用加速，並使地球大氣的二氧化碳濃度下降。在6億年內，大氣中二氧化碳的濃度將低於維持C3類植物光合作用所需的水平。C4類植物雖然能在二氧化碳濃度低至百萬分之十的環境下生存，但長期來說地球的植物是趨向滅亡，而動物也會因欠缺氧氣的補充在數百萬年後滅種。
在11億年後，太陽光度將高於目前10%。這足以令大氣層成為「溫室」，使海水大量蒸發，而板塊構造很可能到此結束。然後，地球的核心發電效應也會消失，令大氣的磁層衰減，大氣外層的揮發性物質會加速散失。40億年後，上升的地球氣溫會引發逃逸溫室效應，至此幾乎所有生物也會滅絕。地球最有可能的命運是，75億年後進入紅巨星階段的太陽膨脹到地球的軌道，並把地球吸收。
當2017年時，霍金曾預言——在未來一百年內，人類必須離開地球，到外太空尋找新家。十年前他已經提出這個問題。 2006年他公開向這個世界發問：“在一個政治、社會和環境如此混亂的世界，人類如何活過下一個百年？”之後他說：“我不知道答案，因此我提出此問讓大家思考，同時（讓大家）意識到我們現在面對的危險。”他擔心地球上的生命會因“一場突然爆發的核戰爭、一種經過基因改造的病毒或者其他什麼我們尚未考慮到的危險”而滅亡。除此之外，致命的威脅還有環境污染、工業化帶來的全球氣候變化、人工智慧、外星人入侵以及小行星撞擊等等。據悉，這部《遠征新地球》的影片將進一步闡釋霍金的觀點，即：人類必須逃離地球。
不知道該怎樣來理解霍金的逃離計畫。地球是一個住破了就扔的老房子嗎？
十年前，霍金對人類的憂慮是：“在一個政治、社會和環境如此混亂的世界，人類如何活過下一個百年？”關鍵字是“政治”、“社會”、“生態環境”和“混亂”。進一步的解釋是“污染”、“氣候變化”、“核大戰“、“人工智慧”、“外星人”和“小行星”。
對霍金的憂慮，完全不能理解，因此而必須逃離地球。比如，他認為宇宙如此豐富，外星人確實存在，人類應避免與之接觸。那麼，逃到新地球就安全無虞了嗎？可能恰恰相反：星際殖民行動必然大幅提高與外星人發生危險接觸的機率。
小行星撞擊也一樣，上帝會賜予新地球免於小行星撞擊的格外恩典嗎？而其他幾項危機，如政治不合理、社會混亂、環境污染、核戰爭、基因改造的病毒、人工智慧等，到新地球就不會再來一遍嗎？因此，我認為霍金提出的“遠征新地球”方案根本是文不對題，不僅於事無補，還製造了新的混亂。
然而問題不在於地球，而在於人類。更準確地說，問題不在於地球，也不在於人類，而在於人類本性中某些自我毀滅的因素。比如貪婪：我們有必要因滿足無止境的物欲而肆意揮霍地球資源嗎？我們有必要因仇恨、偏見、少數人的權力欲望而發動戰爭以至於核戰爭嗎？我們有必要把從政治魔鬼那裏奪回的自由再奉送給經濟魔鬼嗎？要不惜以自我毀滅為代價去和魔鬼交換無限的佔有嗎？…人類貪婪野蠻的罪性並未改變。
生存危機中，最具摧毀性、突然性的是核大戰。如果大國之間互相投擲核彈，除大量人口即時死亡，其後續效應“核冬天”更為可怖。進入大氣層的煙塵將長久遮蔽陽光，地球急劇降溫，植物因停止光合作用而死亡。那麼，這將是人類末日嗎？
1983年，一個五人科學家小組“TTAPS”估算內陸地區氣溫將降低到攝氏零下40度。這一結論遭到許多科學家質疑，認為嚴重不到這種程度，不會是“核冬天”，更可能是“核秋天”。1990年，TTAPS小組修正了自己7年前的數字。改進後的電腦模型顯示，降溫幅度沒有原先估算那麼大，大部分地區不過降溫10到20攝氏度。我想說的是，不管是“核秋天”還是“核冬天”，人類不會死絕。即便生態、物種遭到摧毀，倖存下來的少數人類退回石器時代，但地球依然存在，太陽、月球依然與地球保持原有關係，天空依然蔚藍，植物依然青綠，水依然是H2O，男人女人依然結成家庭繁衍後代……相比之下，對於星際遠征而更願意逗留在這個備受摧殘的“老地球”上。因為老地球與我們的生命息息相關，這裏有我們所習慣、所珍視的一切。
人類生存危機的解決之道不是逃離地球，而是重建人與自然、個人與社會、精神與欲望之間的平衡。重新認識自大機器生產以來的歷史，克服狂妄、貪婪，擯棄人類中心主義；擺正人類和地球家園的關係，對大自然心存敬畏，和諧共處；停止一切征服——不管是對大自然還是對他人……只要朝這個方向走，危機定然緩解，從回黃金時代。當然也可以繼續走向毀滅。但那不是地球的毀滅，而是人類文明之毀滅。當地球不勝重負時，只需要輕輕一抖，去除多餘的負擔，便可恢復它莊嚴的平衡。
人類對地球生物圈有關鍵影響，其龐大的人口主導著地球上許多生態系統。現階段人類活動已經產生了地球表面顯著的變化。超過三分之一的土地面積被人類改動，並使用了全球約20％的初級生產。工業革命以來，大氣中二氧化碳的濃度增加了近30％。這導致了廣泛及持續的物種滅絕，總稱為全新世滅絕事件。自20世紀50年代以來，人類活動所造成的大規模物種滅絕佔總物種數約10％（截至2007年）。目前大約有30％的物種有在未來一百年內滅絕的危機。現代的物種滅絕事件主要是棲息地的破壞、廣泛分布的入侵物種、人類的狩獵與氣候變化的結果。物種滅絕的後果會持續至少500萬年。這可能會導致地球生態的生物多樣性下降。
目前有多個已知可對人類生存造成威脅甚至使人類滅亡的危機。這些由人類自身造成的危機包括奈米科技的誤用、核戰爭、基因工程造成的疾病，或由一些物理實驗所造成的大型災難。同樣，一些自然事件可能造成世界末日的威脅，包括致命性的疾病，小行星或彗星的撞擊事件，失控的溫室效應及資源枯竭。然而，計算這些情況發生的實際可能性十分困難。
如果人類滅絕，人類建造的各樣建築物將開始腐爛。大型建築物的半衰期估計約為1000年。能存在最長時間的建築物有可能是露天礦場、大型垃圾填埋場、運河、主要公路及大型水壩。一萬年後，幾個巨大的石碑如吉薩金字塔群或拉什莫爾山仍可能以某種形式生存。
行星適居性是天文學裡對星體上生命的出現與繁衍潛力的評估指標，其可以適用於行星及行星的天然衛星。
生命的必要條件是能量來源（通常是太陽能但並不全然）。但通常是當其他眾多條件，如該行星的地球物理學、地球化學與天體物理學的條件成熟後，方會稱該行星為適合生命居住的。外星生命的存在仍是未知之數，行星適居性是以太陽系及地球的環境推測其他星體是否會適合生命居住。行星適居性較高的星體通常是那些擁有持續與複雜的多細胞生物與單細胞生命系統的星體。對行星適居性的研究和理論是天體科學的組成部分，正在成為一門新興學科太空生物學。
對地球以外的星體進行生命探索是極古老的話題，最初是屬於哲學及物理學的研究領域。而在20世紀後期科學界對此有兩個重大突破。其一是使用先進機器對太陽系裡其他行星與衛星進行觀察，獲得這些星體的適居性資料，並將其與地球的相關資料作比較。其二是外太陽系行星的發現，它們是在1995年首度發現的，其後進度不斷加快。這個發現證明了太陽並不是惟一的擁有行星的星體，而且亦擴闊了探索適合生命居住的行星的範圍，使外太陽系星體亦被納入研究之中。
一個穩定的適合居住的地帶具有兩個特徵。其一，此地帶不可大幅度改變。所有星體均會隨著其年齡增長而加強其亮度，而其適合居住的地帶則會向外調節，但如果這種情況發生得過快，如超巨大的恆星，則圍繞該恆星運行的行星較難提供使生命繁衍的環境。計算行星適居性的方法從來就不簡單，而且會受到眾多因素的影響。為了計算行星適居性，對該受觀察的行星的大氣條件及地質需要作出假設，這個假設正確與否十分影響計算的準確性。其實即使是計算太陽各行星的適居性亦有著很大波動 。
其二，不可以有巨大質量的星體接近此地帶，因為這會影響該類地球行星的組成。假設，如果木星運行於地球與金星間的軌道，則地球與金星均不會出現。以往的天文學家認為太陽系裡的內行星為固態行星，而外行星為氣態行星十分正常，然而太陽系外行星的發現改變了這個想法。無數類木星行星在其他星系裡運行於被認為是適合居住的地帶。然而，現在往往是類木星的外太陽系行星較易觀察，因此哪種方為正常現在仍未有結論。
太陽系外行星或系外行星，指在太陽系之外的行星。截至2016年2月22日，已經被認定的系外行星總數為2085顆，這些行星分屬1331個行星系，其中有509個多行星系。克卜勒任務已經檢測到18,000顆行星候選者，包括262顆位於潛在適居帶的候選者。
在銀河系，估計有數十億顆恆星（若每顆恆星都至少有一顆行星，將導致有1,000億至4,000億顆行星），不只在恆星周圍有行星，也有自由移動的行星質量天體，而已知最靠近的系外行星是比鄰星b。
幾乎所有已經發現的系外行星都在我們自己的銀河系內，但是有少量的銀河系外行星可能可以被檢測出來。哈佛－史密松天體物理中心在2013年1月提出的一份報告中提到：估計在銀河系內「至少有170億顆」地球尺度的系外行星。
數百年來，許多哲學家和科學家都認為在太陽系以外應該也有行星的存在，但是沒有辦法知道行星有多普遍，或是與太陽系行星的相似度又是如何。在19世紀，許多的偵測方法被提出來，但最終所有的天文學家得到的結果都是否定的。第一個被確認的檢測出現在1992年，發現有幾顆質量類似地球的天體環繞著脈衝星PSR B1257+12。在主序帶恆星發現行星的第一個偵測結果出現在1995年，在鄰近的飛馬座51發現了以4天週期公轉一週的巨大行星。由於觀測技術的進步，自此之後偵測到的數量與效率迅速的增加。有些系外行星被大望遠鏡直接拍攝到影像，但絕大多數的系外行星都是經由徑向速度測量檢出的。除了系外行星，「系外彗星」（在太陽系之外的彗星）也被發現，也許在銀河系內也是很普遍的。
最常見的系外行星是巨大的行星，相信是類似於木星或海王星，但這也反應了取樣偏差，因為大質量的行星比較容易被觀察到。一些相對比較輕的系外行星，質量只有地球的幾倍（現在所謂的超級地球）；如眾所周知，在統計上的研究表明它們的數量應該超過巨大的行星。雖然現在已經發現一小撮包括地球大小和更小的行星，似乎表現出其它的地球類似體屬性。也存在著有這行星質量的天體環繞著棕矮星和不受到恆星拘束在太空中自由移動的行星；然而，「行星」這個名詞尚未應用在這些天體上。
發現的太陽系外行星，特別是軌道位於適居帶，極有可能有液態水存在表面的那些行星（還因此可能有生命），提高了搜尋外星生命的興趣。因此，尋找太陽系外的行星還包括適居行星，在太陽系外的行星適合承載生命的研究中，被考慮的因素相當廣泛。
在2013年1月7日，來自克卜勒任務太空天文台的天文學家宣布發現了KOI-172.02，一顆像地球的系外行星候選者，在一顆類似太陽的恆星的適居帶中環繞著，可能是「存在著外星生命的主要候選者」。
行星軌道趨向於長期變化，為太陽系建立模型的理論成為多體問題。在太陽系中一個有關混沌的著名例子是在3：2軌道共振的海王星-冥王星系統，雖然它們自身的振動保持穩定，但在任意準確度下預測1-2千萬年（李雅普諾夫時間）後冥王星的位置是不可能的。另一個例子是地球的黃赤交角，因為月球與地球的潮汐相互作用產生的摩擦增加了，這將會在距今15至45億年後的某一點導致混沌。
行星軌道在更長的時間尺度下是混沌的，這樣在0.02-2.3億年的範圍內整個太陽系會經歷一個李雅普諾夫時間。就一切情況而論這都意味著行星的軌道位置最終一定會趨於不可預測，在某些情況下軌道自身也會出現顯著的改變。這樣的混沌最強烈的表現在於偏心率的變化，行星軌道會因此變成更圓或更扁的橢圓。
太陽系基本上是穩定的，在未來的數十億年內沒有行星會相互碰撞或脫離太陽系。超過這個範圍，火星的偏心率將可能在50億年後增長到0.2左右，導致它的軌道穿過地球的軌道而引起潛在的對撞危險。在同樣的時間尺度下，水星的偏心率增長可能會更大，而緊密靠近金星使得它們在理論上可以一起逃出太陽系或推動金星撞向地球。
在計算中，不確定的因素還包括小行星、由於太陽輻射和太陽風的造成的動量損失、太陽風對行星磁層的拖拽作用、銀河系的潮汐作用、微擾以及穿過恆星的影響等。此外，動量方程描述的是一個固有的連續性過程，所以我們無法從大規模並行運算中得利。
早在十九世紀便有天文學家聲稱發現系外行星。1855年，在東印度公司馬德拉斯天文台工作的W. S. Jacob發現蛇夫座70雙星系統軌道異常，懷疑當中有類似行星的物體；1890年代，芝加哥大學及美國海軍天文台的湯瑪斯·傑佛遜·傑克遜·希聲稱軌道異常證明該系統當中有一個公轉週期為36年的黑暗物體，但福雷斯特·雷·莫爾頓隨即指出這樣的系統極不穩定。在1950至1960年代，斯沃斯莫爾學院的彼德·范·德·坎普聲稱發現了繞著巴納德星公轉的行星。後來的天文學家普遍認為這些早期觀測都是錯誤的。
加拿大天文學家布魯斯·坎貝爾等人在1988年的結果是首次獲得隨後觀測確認的發現，他們利用視向速度法發現圍繞少衛增八的行星；然而因為當年技術條件所限，包括發現者本身的天文學界都對結果有所保留。也有人懷疑這些其實是質量介乎於行星和恆星之間的棕矮星。
隨後不少觀測支持少衛增八（仙王座γ）擁有行星，但亦有研究顯示相反的證據。最終到了2003年運用改進了的觀測技術方能證實。
1991年，安德魯·林恩等人聲稱運用脈衝星計時法發現了一個圍繞PSR B1829-10的脈衝星行星。雖然結果受到注目，但林恩及其研究隊伍很快便撤回結果。
1992年，美國天文學家亞歷山大·沃爾茲森及戴爾·弗雷宣布發現一個圍繞脈衝星PSR B1257+12的行星。這項發現迅速被確認，普遍認為這是首次對系外行星的確認。這些系外行星相信是由超新星的殘餘物所構成，或是巨型氣體行星的固體核心被超新星拋出所形成。
1995年10月6日，日內瓦大學的米歇爾·麥耶及戴狄爾·魁若茲宣布首次發現一顆普通主序星（飛馬座51）的行星，這發現開展了當代的系外行星發現。先進的科技，特別是高解析度的光譜學，大大加速了新系外行星的發現。這些新發展讓天文學家可以憑行星對母星的重力影響間接偵測到系外行星的存在，亦有行星因為經過母星前面導致母星光度減弱而被發現。
截至2013年10月30日，人類一共發現了1031個系外行星，包括一些在早前已被發現但一度被外界否定，卻在後期才被證實的（如巴納德星的行星），當中很多都是由傑佛瑞·馬西的隊伍在加州大學的里克天文台和凱克天文台發現。現已發現了二十個擁有超過一個行星的星系，最早發現的一個為仙女座υ行星系統；另外亦有四個行星圍繞兩個脈衝星的情況。經紅外線觀測恆星盤亦顯示在一些行星系統中也存在著數以百萬計的彗星。
雖然未來的預測永遠不可能完全準確，但如果僅限於廣泛的輪廓，則可以由現今各種知識領域的理解，預測遙遠未來的事件。這些領域包含了揭示行星與恆星形成、相互作用與死亡的天體物理學；揭示物質在最小尺度之性質的粒子物理學；預測生命如何隨時間演化的演化生物學；以及顯示千年以來地球大陸變化的板塊構造論。
所有地球、太陽系和宇宙未來的投射，都必須考慮熱力學第二定律，也就是熵（做功時所損失的能量）會隨時間的推移而增加。恆星最終會耗盡氫氣的供應並燃燒殆盡。行星與恆星之間的緊密接觸，將會使行星受到引力的影響而拋離恆星系統之外；而恆星與銀河系之間的緊密接觸，也會使恆星拋離星系之外。
最終，物質自身預計會受到放射性衰變的影響，即使是最穩定的物質也會分解成次原子粒子。目前的資料暗示著宇宙有一個扁平的幾何構造（或非常接近扁平構造），因此在有限的時間過後，不會出現自身塌陷的情形，而且在無限的未來可能會發生難以置信的大規模事件，如波茲曼大腦的形成。
所列出的時間線，涵括了第11千紀開始直到所能觸及的未來時間中，所發生的事件。其中本條目列出諸多可替換的未來事件，以用來說明尚未解決的問題，例如人類是否會滅絕，質子是否會衰變，或是當太陽膨脹成紅巨星時地球是否會存活下來等。
附錄：未來的天文現象
本部分列出了經推測，在公元10000年後會出現的一些罕見的天文現象。
巴納德星
11800年：蛇夫座的巴納德星距太陽最近，僅3.85光年，成為除太陽外最接近地球的恆星。
同時發生的日食和凌日
10663年8月20日：同時發生日全食和水星凌日。
11268年8月25日：同時發生日全食和水星凌日。
11575年2月28日：同時發生日環食和水星凌日。
15232年4月5日：同時發生日全食和金星凌日。
15790年4月20日：同時發生日環食和水星凌日。
同時發生的水星和金星凌日
13425年9月13日：在短短的16個小時內，水星凌日和金星凌日相繼發生。
69163年7月26日：同時發生水星凌日和金星凌日。
224508年3月27日：同時發生水星凌日和金星凌日。
特別的行星掩恆星10000年－11000年
10032年11月1日：金星掩軒轅十四。
10494年11月9日：金星掩軒轅十四。
10674年10月5日：水星掩畢宿五。
10956年11月16日：金星掩軒轅十四。
10974年4月28日：穀神星掩心宿二。
11000年－12000年
11398年12月11日：水星掩軒轅十四。
11418年11月24日：金星掩軒轅十四。
12000年－13000年
12063年7月28日：火星掩軒轅十四。
12115年12月5日：金星掩軒轅十四。
12233年12月23日：水星掩軒轅十四。
12308年1月10日：火星掩軒轅十四。
12347年7月30日：火星掩軒轅十四。
12812年12月15日：金星掩軒轅十四。
13000年－14000年
13189年2月9日：水星掩軒轅十四。
13207年1月25日：火星掩軒轅十四。
13534年11月28日：水星掩畢宿五。
13595年1月11日：水星掩軒轅十四。
13744年12月29日：金星掩軒轅十四。
14121年1月18日：水星掩軒轅十四。
14000年－15000年
14161年3月11日：金星掩軒轅十四。
14384年1月22日：水星掩軒轅十四。
14619年8月10日：火星掩軒轅十四。
14647年1月26日：水星掩軒轅十四。
14910年1月29日：水星掩軒轅十四。
15000年－100000000年
22767年4月18日：穀神星掩畢宿五。
23527年8月1日：智神星掩北河二。
40529年1月11日：穀神星掩畢宿五。
41367年1月7日：穀神星掩畢宿五。
1億年及以後的天文現象
至約公元2億年：紅超巨星參宿四爆發形成超新星。
至約公元7億年：地球上的海洋開始蒸發，地球將變得不適合人類居住。 未來的人類文明可能用先進的科學技術將地球移動到比現在離太陽更遠的地方來阻止這種事發生，或者完全離開地球去其他的適合人類居住的行星，或去開拓太空殖民地。
至約公元20億年：月球無法穩定地球自轉而可能造成地球自轉軸翻滾。
至約公元30億年：仙女座星系和我們的銀河系將會碰撞。（它們將會合併成一個更大的星系，但僅有少數恆星可能相撞，主要原因是宇宙空間實在太大了）
至約公元50億年：太陽演化為紅巨星，地球上的所有生命，可能連地球本身都會毀滅，除非遇到了意想不到的情況或是未來的先進科技能阻止這一事件發生。
至約公元70億年：太陽演化為僅有地球大小的白矮星。
至約公元{\displaystyle 10^{12}}年——1兆年：太陽演化為黑矮星。
至約公元{\displaystyle 10^{15}}年——1000兆年：根據很多的宇宙學理論，大寒冷（Big Freeze）將會到來。正如物理學家加來道雄（Michio Kaku）建議的那樣，生存在那時的智慧生命將逃往其他的宇宙。 很可能，宇宙在那之後停止了膨脹並開始收縮，最後，在大擠壓（Big Crunch）下消失，宇宙崩潰的地方就在引力奇點處。或者，宇宙會發生大撕裂（Big Rip），在撕裂處由於宇宙膨脹的能量過大而造成時空分裂。根據現有知識，這兩種情況看上去都不會發生。大多數科學家認為宇宙將永遠膨脹下去，且速度將越來越快。
至約公元{\displaystyle 10^{100}}年——1古高爾年：如果關於黑洞蒸發的理論是正確的，大多數天文學家預言，我們宇宙中的所有黑洞將約在這段時期蒸發殆盡。
預定日期計畫
52000年：計畫遨遊地球上空5萬年的KEO衛星將返回地球，給未來的人類帶來5萬年前由公元2000年代的人類所寫給5萬年後人類寶貴的留言、消息和當時資訊。那時候的地球人是怎樣的呢？........
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