Giả thuyết tinh vân giải thích cách hệ mặt trời hình thành từ một đám mây khí và bụi quay tròn. Giả thuyết này được đề xuất vào thế kỷ 18 bởi Immanuel Kant và Pierre-Simon Laplace, và đã được hoàn thiện liên tục kể từ đó. Ý tưởng cơ bản này vẫn tồn tại vì nó giải thích được rất nhiều điều: tại sao các hành tinh quay quanh Mặt Trời theo cùng một hướng, tại sao quỹ đạo của chúng nằm gần như trên cùng một mặt phẳng, và tại sao Mặt Trời và các hành tinh có thành phần tương tự nhau.

Câu chuyện diễn ra như sau: Một đám mây phân tử khổng lồ sụp đổ dưới trọng lực của chính nó, có thể do một vụ nổ siêu tân tinh gần đó gây ra. Khi sụp đổ, nó quay nhanh hơn và dẹt lại thành một đĩa. Phần trung tâm trở nên đặc và nóng, cuối cùng kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân và trở thành Mặt Trời. Trong đĩa, các hạt bụi kết dính lại với nhau, tạo thành sỏi, rồi đá, rồi các tiểu hành tinh. Một số tiểu hành tinh phát triển đủ lớn để trở thành hành tinh. Những tiểu hành tinh khác vẫn là các tiểu hành tinh và sao chổi.

Giả thuyết này đã được kiểm chứng bằng các quan sát về các ngôi sao khác. Các nhà thiên văn học đã tìm thấy các đĩa tiền hành tinh xung quanh các ngôi sao trẻ, một số có những khoảng trống nơi các hành tinh đang hình thành. Các đài quan sát Kepler và ALMA đã cung cấp bằng chứng trực tiếp. Mô hình này không hoàn hảo. Nó gặp khó khăn trong việc giải thích làm thế nào các hành tinh khổng lồ hình thành nhanh chóng như vậy, và cấu trúc của hệ mặt trời đã tiến hóa như thế nào. Nhưng nó vẫn là nền tảng của khoa học hành tinh.