Diperkirakan bahwa tata surya kita terbentuk sekitar 4.6 miliar tahun yang lalu dari awan besar gas dan debu, berdiameter beberapa tahun cahaya, yang dikenal sebagai nebula. Awan ini sebagian besar terdiri dari gas hidrogen, dengan sejumlah kecil elemen yang membentuk tata surya saat ini. Menurut teori nebula surya, bagian dari awan ini mulai berkontraksi secara gravitasi, mungkin karena gangguan oleh supernova terdekat atau lewatnya bintang lain, dan saat itu terjadi, rotasi lambat awal awan mulai meningkat saat ia berkontraksi, menyebabkannya mendatar menjadi bentuk cakram. Karena semakin banyak material yang terakumulasi di tengah piringan, kepadatan dan suhu meningkat, mencapai titik di mana fusi atom hidrogen dimulai, membentuk helium dan melepaskan sejumlah besar energi, yang mengakibatkan lahirnya Matahari. Planet, asteroid, dan komet terbentuk dari bahan sisa.
Setelah beberapa waktu, keruntuhan lebih lanjut dihentikan oleh Matahari yang mencapai keseimbangan hidrostatik. Angin matahari dari Matahari muda menyebarkan sebagian besar materi di nebula surya, mengurangi kepadatannya, dan nebula mulai mendingin. Selain tiga unsur paling ringan — hidrogen, helium, dan litium — unsur-unsur penyusun nebula surya juga terbentuk dari fusi nuklir di bintang-bintang yang sudah lama hilang atau, dalam kasus unsur yang lebih berat daripada besi, diciptakan oleh supernova. Molekul kovalen sederhana, termasuk air, metana dan amonia, dan molekul ionik, seperti oksida logam dan silikat, juga akan ada. Awalnya, karena suhu tinggi dalam piringan, senyawa ini akan berbentuk gas, tetapi saat pendinginan berlangsung, sebagian besar elemen dan senyawa terkondensasi menjadi partikel kecil; logam dan senyawa ionik terkondensasi terlebih dahulu karena titik didih dan titik lelehnya yang lebih tinggi.
Di dekat pusat piringan, logam, senyawa logam, dan silikat mendominasi, tetapi lebih jauh, di mana suhu lebih rendah, sejumlah besar es terkondensasi keluar dari nebula. Di wilayah luar ini gas hidrogen dan helium juga berlimpah; gas-gas ini sebagian besar tersebar oleh angin matahari yang lebih dekat ke Matahari. Partikel padat kecil bertabrakan dan saling menempel, membentuk objek yang semakin besar yang mulai menarik lebih banyak material melalui gravitasi, akhirnya menghasilkan pembentukan planet. Di tata surya bagian dalam, kekurangan es, hidrogen dan helium mengakibatkan pembentukan planet Merkurius, Venus, Bumi dan Mars yang relatif kecil, yang sebagian besar terdiri dari batu. Lebih jauh, es serta partikel mineral berkumpul, membentuk benda yang lebih besar yang mampu menahan gas ringan hidrogen dan helium melalui medan gravitasi yang relatif kuat, menghasilkan planet “gas raksasa”, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.
Teori nebula surya menjelaskan sejumlah fitur utama tata surya kita. Fakta bahwa planet-planet — dengan pengecualian Pluto, yang tidak lagi dianggap sebagai planet — semuanya terletak pada bidang yang kurang lebih sama, dan fakta bahwa mereka semua mengorbit Matahari dalam arah yang sama menunjukkan bahwa mereka berasal dari sebuah piringan. mengelilingi Matahari. Kehadiran planet berbatu yang relatif kecil di tata surya bagian dalam dan raksasa gas di wilayah luar juga cocok dengan model ini.
Di luar Neptunus, planet terluar, terletak Sabuk Kuiper, wilayah objek yang relatif kecil yang terdiri dari batu dan es. Diperkirakan bahwa Pluto mungkin berasal dari sini, dan komet adalah objek Sabuk Kuiper yang telah didorong ke orbit yang membawanya ke tata surya bagian dalam. Sabuk Kuiper juga dijelaskan dengan baik oleh teori nebula matahari sebagai akibat dari sisa es dan material berbatu yang tersebar terlalu tipis untuk membentuk planet.
Bukti lebih lanjut yang mendukung teori ini berasal dari tempat lain di Bima Sakti. Para astronom dapat mempelajari bagian galaksi kita di mana bintang-bintang saat ini terbentuk, seperti Nebula Orion, sejumlah besar gas yang terletak di konstelasi Orion. Sebagian besar bintang baru di nebula ini dikelilingi oleh piringan gas dan debu yang diperkirakan akan membentuk planet.