Il futuro della Terra sarà determinato da una varietà di fattori, compresi gli aumenti della luminosità del Sole, la perdita di energia termica dal nucleo della Terra, le perturbazioni da parte di altri corpi del sistema solare e la biochimica sulla superficie della Terra. La teoria di Milanković prevede che il pianeta continuerà a subire cicli di glaciazione a causa dell'eccentricità, dell'inclinazione assiale e della precessione dell'orbita della Terra. Nell'ambito del ciclo dei supercontinenti in corso, la tettonica delle placche avrà probabilmente come risultato un supercontinente tra 250-350 milioni di anni. In qualche momento nei prossimi 1,5-4,5 miliardi di anni, l'inclinazione assiale della Terra potrebbe cominciare a subire variazioni caotiche, con cambiamenti dell'inclinazione fino a 90°.
Da uno a due miliardi di anni nel futuro, l'aumento costante della radiazione solare causato dall'accumulo di elio nel nucleo del Sole avrà come risultato la perdita degli oceani e la cessazione della deriva dei continenti. Fra quattro miliardi di anni l'aumento della temperatura della superficie terrestre causerà un effetto serra incontrollato. A quel punto, la maggior parte della vita (se non tutta) presente sulla superficie terrestre sarà estinta. Il destino estremo più probabile del pianeta sarà l'assorbimento da parte del Sole fra circa 5-7,5 miliardi di anni, dopo che la stella sarà entrata nella fase di gigante rossa e si sarà espansa fino ad incrociare l'orbita del pianeta.
Influenza umana
Gli esseri umani svolgono ormai un ruolo chiave nella biosfera, con la vasta popolazione umana che domina molti degli ecosistemi della Terra. Questo ha avuto come risultato una diffusa estinzione in corso di altre specie durante l'attuale epoca geologica, ora nota come estinzione di massa dell'Olocene. La perdita di specie su larga scala causata dall'influenza umana fin dagli anni 1950 è stata chiamata crisi biotica, con un 10% stimato delle specie totali perduto fino al 2007. Ai tassi correnti, circa il 30% delle specie sono a rischio di estinzione nei prossimi cento anni. L'evento dell'estinzione dell'Olocene è il risultato della distruzione dell'habitat, della diffusa distribuzione di specie invasive, della caccia e del mutamento climatico. Attualmente, l'attività umana ha avuto un impatto significativo sulla superficie del pianeta. Più di un terzo della superficie del suolo è stata modificata dalle azioni umane, e gli esseri umani usano circa il 20% della produzione primaria. La concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è aumentata del 50% dall'inizio della rivoluzione industriale.
È stato previsto che le conseguenze di una persistente crisi biotica dureranno almeno cinque milioni di anni. Potrebbe avere come risultato un declino della biodiversità e l'omogenizzazione dei bioti, accompagnati da una proliferazione di specie opportunistiche. Potrebbero anche emergere nuove specie: in particolare i taxa che prosperano in ecosistemi dominati dagli esseri umani possono diversificarsi rapidamente in molte nuove specie. È probabile che i microbi beneficino dell'aumento di nicchie ambientali arricchite di nutrienti. Tuttavia, non è probabile che emergano nuove specie di grandi vertebrati esistenti e le catene alimentari saranno probabilmente più corte.
Orbita e rotazione Le perturbazioni gravitazionali degli altri pianeti nel sistema solare si combinano per modificare l'orbita della Terra e l'orientamento del suo asse di rotazione. Questi cambiamenti possono influenzare il clima planetario. Nonostante tali interazioni, simulazioni altamente accurate mostrano che, nel complesso, è probabile che l'orbita terrestre rimanga dinamicamente stabile per miliardi di anni nel futuro. In tutte le 1.600 simulazioni, il semiasse maggiore del pianeta, l'eccentricità e l'inclinazione sono rimasti pressoché costanti.
Glaciazione Storicamente, vi sono stati periodi ciclici di glaciazione in cui strati di ghiaccio coprivano le latitudini superiori dei continenti. La teoria di Milanković prevede che la glaciazione si verifichi a causa di fattori astronomici in combinazione con meccanismi di retroazione climatica e con la tettonica a placche. I fattori astronomici primari sono un'eccentricità orbitale più elevata del normale, una bassa inclinazione assiale (od obliquità), e l'allineamento del solstizio d'estate con l'afelio. Ciascuno di questi effetti si verifica ciclicamente. Ad esempio, l'eccentricità cambia durante cicli temporali di circa 100.000 e 400.000 anni, con il valore che varia da meno di 0,01 fino a 0,05. Ciò è equivalente ad un cambiamento del semiasse minore dell'orbita del pianeta dal 99,95% del semiasse maggiore al 99,88%, rispettivamente.L'eccentricità e è legata al semiasse maggiore a e al semiasse minore b nel modo seguente:
Così per e uguale a 0,01, b/a = 0,9995, mentre per e uguale a 0,05, b/a = 0,99875. Vedi:
Attualmente la Terra è in un periodo interglaciale, che normalmente ci si aspetterebbe finisca tra circa 25.000 anni. L'attuale accresciuto tasso di rilascio di anidride carbonica nell'atmosfera da parte degli esseri umani potrebbe ritardare l'avvio del prossimo periodo di glaciazione almeno fino a 50.000–130.000 anni da ora. Tuttavia, un periodo di riscaldamento globale di durata finita (basandosi sull'assunzione che l'uso del combustibile fossile cesserà entro l'anno 2200) probabilmente impatterà sul ciclo della glaciazione solo per circa 5.000 anni. Così, un breve periodo di riscaldamento globale indotto attraverso pochi secoli di emissione di gas serra avrebbe solo un impatto limitato nel lungo termine.
Obliquità
L'accelerazione secolare della Luna rallenta la velocità di rotazione della Terra e aumenta la distanza Terra-Luna. Altri effetti che possono dissipare l'energia rotazionale della Terra sono la frizione tra il nucleo e il mantello, le maree nell'atmosfera, la convezione nel mantello e i cambiamenti climatici che possono aumentare o diminuire il carico di ghiaccio ai poli. Ci si aspetta che questi effetti combinati aumentino la durata del giorno di più di 1,5 ore durante i prossimi 250 milioni di anni, e che aumentino l'obliquità di circa mezzo grado. La distanza con la Luna aumenterà di circa 1,5 raggi terrestri durante lo stesso periodo.
Basandosi su simulazioni numeriche, la presenza della Luna appare stabilizzare l'obliquità della Terra, il che potrebbe aiutare il pianeta ad evitare drammatici mutamenti climatici. Questa stabilità si ottiene perché la Luna aumenta la velocità di precessione dell'asse di rotazione della Terra, evitando in tal modo risonanze tra la precessione della rotazione e le frequenze di precessione del nodo ascendente dell'orbita del pianeta. (Cioè, il moto di precessione dell'eclittica.) Tuttavia, poiché il semiasse maggiore dell'orbita lunare continuerà ad aumentare nel futuro, questo effetto stabilizzante diminuirà. Ad un certo punto gli effetti di perturbazione causeranno probabilmente variazioni caotiche nell'obliquità della Terra, e l'inclinazione dell'asse potrebbe cambiare di angolazione fino a 90° di ampiezza dal piano dell'orbita. Ci si aspetta che ciò si verifichi entro circa 1,5-4,5 miliardi di anni, sebbene il momento esatto sia sconosciuto.
Un'obliquità elevata probabilmente avrebbe come risultato mutamenti drammatici del clima e potrebbe distruggere l'abitabilità del pianeta. Quando l'inclinazione assiale della Terra raggiungerà i 54°, l'equatore riceverà meno radiazione dal Sole rispetto ai poli. Il pianeta potrebbe rimanere ad un'obliquità da 60° a 90° fino a 10 milioni di anni.
Tettonica a placche
La teoria della tettonica a placche dimostra che i continenti della Terra si stanno muovendo attraverso la superficie alla velocità di alcuni centimetri all'anno. Ci si aspetta che questo continui, facendo spostare e collidere le placche. La deriva dei continenti è facilitata da due fattori: la generazione di energia all'interno del pianeta e la presenza di un'idrosfera. Con la perdita di uno di questi due elementi, la deriva continentale si arresterà. La produzione di calore attraverso processi radiogeni è sufficiente a mantenere la convezione del mantello e la subduzione delle placche per almeno i prossimi 1,1 miliardi di anni.
Attualmente, i continenti del Nord e del Sud America si stanno muovendo verso ovest dall'Africa e dall'Europa. I ricercatori hanno elaborato parecchi scenari su come ciò continuerà nel futuro. Questi modelli geodinamici possono essere distinti in base al flusso di subduzione, mediante il quale la crosta oceanica si muove sotto un continente. Nel modello di introversione, l'Oceano Atlantico, più giovane e interno, diventa preferenzialmente subdotto e l'attuale migrazione del Nord e del Sud America è invertita. Nel modello estroversionale, l'Oceano Pacifico, più vecchio ed esterno, rimane preferenzialmente subdotto e il Nord e il Sud America migrano verso l'Asia orientale.
Via via che la comprensione della geodinamica migliorerà, questi modelli saranno soggetti a revisione. Nel 2008, ad esempio, fu usata una simulazione numerica per prevedere che si verificherà una riorganizzazione della convezione del mantello, facendo sì che si formi un supercontinente intorno all'Antartide.
Indipendentemente dall'esito della migrazione dei continenti, il processo continuo di subduzione fa sì che l'acqua sia trasportata verso il mantello. Dopo un miliardo di anni dal presente, un modello geofisico dà una stima secondo la quale il 27% dell'attuale massa oceanica sarà stata subdotta. Se questo processo dovesse continuare immodificato in futuro, la subduzione ed il rilascio raggiungerebbero un punto di stabilità dopo che sarà stato subdotto il 65% dell'attuale massa oceanica.
Introversione Christopher Scotese e i suoi colleghi hanno mappato i movimenti previsti tra parecchi milioni di anni nel futuro come parte del Paleomap Project. Nel loro scenario, a 50 milioni di anni da ora il Mar Mediterraneo potrebbe svanire e la collisione tra l'Europa e l'Africa creerà una lunga catena montuosa che si estenderà fino all'attuale localizzazione del Golfo Persico. L'Australia si fonderà con l'Indonesia, e la Baja California scivolerà verso nord lungo la costa. Nuove zone di subduzione potrebbero apparire al largo della costa orientale del Nord e del Sud America, e catene montuose si formeranno lungo quelle coste. A sud, la migrazione dell'Antartide a nord farà sciogliere tutti i suoi strati di ghiaccio. Questo, insieme alla fusione degli strati di ghiaccio della Groenlandia, innalzerà il livello medio degli oceani di 90 m (300 piedi). L'inondazione interna dei continenti avrà come risultato mutamenti climatici.
Via via che questo scenario continuerà, entro 100 milioni di anni dal presente, l'espansione continentale avrà raggiunto la sua massima estensione e i continenti cominceranno allora a fondersi. Tra 250 milioni di anni, il Nord America colliderà con l'Africa mentre il Sud America si avvolgerà intorno alla punta meridionale dell'Africa. Il risultato sarà la formazione di un nuovo supercontinente (talvolta chiamato Pangea Ultima), con l'Oceano Pacifico che si estenderà attraverso metà del pianeta. Il continente dell'Antartide invertirà la direzione e ritornerà al Polo sud, formando una nuova calotta di ghiaccio.
Estroversione Il primo scienziato ad estrapolare gli attuali moti dei continenti fu il geologo canadese Paul F. Hoffman dell'Università di Harvard. Nel 1992, Hoffman previde che i continenti del Nord e del Sud America avrebbero continuato ad avanzare attraverso l'Oceano Pacifico, facendo perno intorno alla Siberia finché avrebbero cominciato a fondersi con l'Asia. Egli chiamò il supercontinente risultante Amasia. In seguito, negli anni 1990, Roy Livermore calcolò uno scenario simile. Egli previde che l'Antartide avrebbe iniziato a migrare verso nord, e che l'Africa orientale e il Madagascar si sarebbero mossi attraverso l'Oceano Indiano per collidere con l'Asia.