Si pensa che il nostro sistema solare si sia formato circa 4.6 miliardi di anni fa da una grande nube di gas e polvere, del diametro di diversi anni luce, nota come nebulosa. Questa nube consisteva principalmente di gas idrogeno, con quantità minori degli elementi che costituiscono oggi il sistema solare. Secondo la teoria della nebulosa solare, parte di questa nube iniziò a contrarsi gravitazionalmente, probabilmente a causa del disturbo di una supernova vicina o del passaggio di un’altra stella, e così facendo la lenta rotazione iniziale della nube iniziò ad aumentare mentre si contraeva, facendolo appiattire a forma di disco. Man mano che più materiale si accumulava al centro del disco, la densità e la temperatura aumentavano, raggiungendo il punto in cui iniziava la fusione degli atomi di idrogeno, formando elio e rilasciando enormi quantità di energia, dando luogo alla nascita del Sole. I pianeti, gli asteroidi e le comete si sono formati dal materiale residuo.
Dopo un po’, un ulteriore collasso fu arrestato dal Sole che raggiunse l’equilibrio idrostatico. Il vento solare del giovane Sole ha disperso gran parte del materiale nella nebulosa solare, riducendone la densità, e la nebulosa ha cominciato a raffreddarsi. A parte i tre elementi più leggeri — idrogeno, elio e litio — gli elementi di cui era composta la nebulosa solare si sono formati o per fusione nucleare di stelle ormai scomparse o, nel caso di elementi più pesanti del ferro, creati da supernove. Sarebbero state presenti anche molecole covalenti semplici, tra cui acqua, metano e ammoniaca, e molecole ioniche, come ossidi metallici e silicati. Inizialmente, a causa delle alte temperature nel disco, questi composti sarebbero stati gassosi, ma man mano che avveniva il raffreddamento la maggior parte degli elementi e dei composti si condensava in minuscole particelle; i metalli e i composti ionici si sono condensati per primi a causa dei loro punti di ebollizione e di fusione più elevati.
Vicino al centro del disco, predominavano metalli, composti metallici e silicati, ma più lontano, dove le temperature erano più basse, grandi quantità di ghiaccio si sono condensate fuori dalla nebulosa. In questa regione esterna erano abbondanti anche l’idrogeno gassoso e l’elio; questi gas sono stati in gran parte dispersi dal vento solare più vicino al Sole. Minuscole particelle solide si sono scontrate e si sono attaccate insieme, formando oggetti sempre più grandi che hanno iniziato ad attrarre più materiale attraverso la gravitazione, portando infine alla formazione di pianeti. Nel sistema solare interno, la mancanza di ghiaccio, idrogeno ed elio ha portato alla formazione dei pianeti relativamente piccoli Mercurio, Venere, Terra e Marte, composti in gran parte da roccia. Più lontano, il ghiaccio e le particelle minerali si aggregarono, formando corpi più grandi che erano in grado di trattenere i gas leggeri idrogeno ed elio attraverso i loro campi gravitazionali relativamente forti, dando origine ai pianeti “giganti gassosi”, Giove, Saturno, Urano e Nettuno.
La teoria della nebulosa solare spiega una serie di caratteristiche chiave del nostro sistema solare. Il fatto che i pianeti – ad eccezione di Plutone, che non è più considerato un pianeta – giacciano tutti più o meno sullo stesso piano, e il fatto che orbitino tutti intorno al Sole nella stessa direzione, suggerisce che abbiano avuto origine in un disco che circonda il Sole. Anche la presenza di pianeti rocciosi relativamente piccoli nel sistema solare interno e di giganti gassosi nella regione esterna si adatta bene a questo modello.
Oltre Nettuno, il pianeta più esterno, si trova la fascia di Kuiper, una regione di oggetti relativamente piccoli composti da roccia e ghiaccio. Si pensa che Plutone possa aver avuto origine qui e che le comete siano oggetti della fascia di Kuiper che sono stati spinti in orbite che li portano nel sistema solare interno. La fascia di Kuiper è anche ben spiegata dalla teoria della nebulosa solare come risultante da ghiaccio residuo e materiale roccioso disperso troppo sottilmente per aver formato pianeti.
Ulteriori prove a sostegno di questa teoria provengono da altre parti della Via Lattea. Gli astronomi possono studiare parti della nostra galassia dove si stanno attualmente formando le stelle, come la Nebulosa di Orione, un grande volume di gas situato nella costellazione di Orione. La maggior parte delle nuove stelle in questa nebulosa sono circondate da dischi di gas e polvere da cui si pensa che prima o poi si formeranno dei pianeti.