Sự hình thành và tiến hóa của Hệ Mặt Trời
Những phát triển về sau > Dịch chuyển hành tinh

Theo giả thuyết tinh vân, hai hành tinh phía ngoài nằm "sai vị trí". Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương (gọi là những hành tinh băng khổng lồ) tồn tại ở một khu vực mà mật độ tinh vân suy giảm và chu kỳ quỹ đạo dài hơn khiến cho sự hình thành chúng khó mà xảy ra. Thay vì thế hai hành tinh này được cho là đã hình thành trong các quỹ đạo gần Sao Mộc và Sao Thổ (gọi là những hành tinh khí khổng lồ), nơi có nhiều vật chất hơn, và đã dịch chuyển ra phía ngoài tới vị trí ngày nay trong hàng trăm triệu năm.
Sự dịch chuyển của các hành tinh phía ngoài cũng cần thiết để xét đến sự tồn tại và tính chất của các khu vực ngoài cùng Hệ Mặt Trời. Bên ngoài Sao Hải Vương, Hệ Mặt Trời tiếp nối bằng Vành đai Kuiper, Đĩa phân tán, và Đám mây Oort, ba quần thể các vật thể đóng băng nhỏ nơi sinh ra hầu hết những sao chổi quan sát được. Ở khoảng cách tới Mặt Trời này, sự bồi tụ quá chậm để cho các hành tinh có thể tạo thành trước khi tinh vân Mặt Trời khuếch tán, và do đó các đĩa ban đầu không đủ mật độ khối lượng để kết tụ lại thành hành tinh. Vành đai Kuiper nằm trong khoảng từ 30 tới 55 AU từ Mặt Trời, trong khi các đĩa phân tán mở rộng ra tới trên 100 AU, và đám mây Oort ở rất xa, bắt đầu từ khoảng cách 50 000 AU. Tuy nhiên ban đầu vành đai Kuiper từng đặc hơn và gần Mặt Trời hơn nhiều, với rìa ngoài xấp xỉ 30 AU. Rìa trong của nó có thể chỉ ngay ngoài quỹ đạo của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, vốn cũng gần Mặt Trời hơn nhiều hơn khi mới hình thành (rất có thể trong khoảng 15-20 AU) và ở vị trí hoán đảo, tức là Sao Thiên Vương khi đó xa Mặt Trời hơn là Sao Hải Vương.
Sau khi hình thành Hệ Mặt Trời, quỹ đạo của tất cả các hành tinh khổng lồ tiếp tục thay đổi từ từ do tương tác với một lượng lớn các vi thể hành tinh còn lại. Sau khoảng 500-600 triệu năm (tức khoảng 4 tỉ năm trước) Sao Mộc và Sao Thổ rơi vào hiện tượng cộng hưởng 2:1: chu kỳ quỹ đạo Sao Mộc dài gấp đúng 2 lần chu kỳ quỹ đạo Sao Thổ. Sự cộng hưởng này tạo ra một cú đẩy hấp dẫn lên các hành tinh phía ngoài, khiến cho Sao Hải Vương băng vượt qua Sao Thiên Vương và rơi vào vành đai Kuiper cổ đại. Các hành tinh phân tán phần lớn các vật thể nhỏ đóng băng vào phía trong, trong khi chính chúng di chuyển ra phía ngoài. Quá trình này tiếp tục cho tới khi các vi thể hành tinh đi vào trong đủ sâu để tương tác Sao Mộc, hành tinh có hấp dẫn không lồ đẩy chúng vào các quỹ đạo rất lệch tâm hoặc thậm chí đẩy văng chúng ra khỏi Hệ Mặt Trời. Sao Mộc mất một phần năng lượng do quá trình này và dịch chuyển một chút vào phía trong. Những vật thể bị Sao Mộc phân tán vào các quỹ đạo rất lệch tâm tạo nên Đám mây Oort; những vật thể bị phân tán ở mức độ thấp hơn do Sao Hải Vương di chuyển tạo nên vành đai Kuiper và đĩa phân tán ngày nay. Kịch bản này giải thích thành công khối lượng nhỏ hiện tại của vành đai Kuiper và đĩa phân tán. Một số vật thể bị phân tán, bao gồm Sao Diêm Vương, gắn vào quỹ đạo Sao Hải Vương, khiến chúng rơi vào cộng hưởng chuyển động trung bình. Cuối cùng, ma sát bên trong đĩa vi thể hành tinh khiến quỹ đạo của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương trở lại dạng tròn.
Trái với các hành tinh phía ngoài, các hành tinh phía trong không dịch chuyển đáng kể qua các thời đại của Hệ Mặt Trời, bởi vì quỹ đạo của chúng không chịu ảnh hưởng lớn kể từ sau thời kỳ các vụ va chạm lớn.
Một câu hỏi khác là tại sao Sao Hỏa lại quá nhỏ so với Trái Đất. Một nghiên cứu công bố tháng 6 năm 2011 đề xuất rằng Sao Mộc đã dịch chuyển phía trong tới 1,5 AU, và khi Sao Thổ hình thành, Sao Mộc dịch chuyển trở lại vị trí ngày nay. Do đó Sao Mộc đã hấp thụ phần lớn lượng vật chất đáng ra Sao Hỏa có thể có để lớn lên. Các mô phỏng tương tự cũng tái tạo được các đặc tính của vành đai tiểu hành tinh hiện nay, với các tiểu hành tinh khô và các vật thể chứa nhiều nước tương tự như sao chổi.