Η σφαίρα Dyson είναι μια υποθετική δομή τεράστιου μεγέθους. Είναι μια σφαίρα που περικλείει πλήρως (ή σχεδόν πλήρως) ένα αστέρι, κάνοντας χρήση όλης της ενέργειας που εκπέμπεται από τις αντιδράσεις σύντηξης που λαμβάνουν χώρα στον πυρήνα του. Η ιδέα μιας σφαίρας Dyson επισημοποιήθηκε και διαδόθηκε για πρώτη φορά από τον διάσημο φυσικό Freeman Dyson σε ένα άρθρο του 1959 στο Science με τίτλο «Αναζήτηση τεχνητών αστρικών πηγών υπέρυθρης ακτινοβολίας», αν και αρχικά πήρε την ιδέα από ένα μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας του 1945 του Όλαφ. Stapledon με τίτλο Star Maker.
Ο ήλιος μας έχει ενεργειακή ισχύ περίπου 4 x 10^26 watt, ή περίπου 100 εκατομμύρια φορές τη συνολική κατανάλωση ενέργειας της ανθρωπότητας τον περασμένο αιώνα κάθε δευτερόλεπτο. Εάν αυτή η ενέργεια μπορούσε να αξιοποιηθεί μέσω μιας σφαίρας Dyson, θα είχαμε αρκετή δύναμη για να διατηρήσουμε έναν πληθυσμό τρισεκατομμύρια φορές τον σημερινό μας πληθυσμό για πολλούς αιώνες.
Η αρχική πρόταση για μια σφαίρα Dyson δεν ήταν για μια συμπαγή σφαίρα, αλλά μια συλλογή ~10^5 αντικειμένων που απορροφούν συλλογικά το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας του αστεριού. Μερικές φορές αποκαλείται «σμήνος Ντάισον», αυτό θα επέτρεπε τη σταδιακή κατασκευή του συστήματος, με τα υποσυστατικά να περιφέρονται ανεξάρτητα γύρω από το άστρο. Από έξω, ένα τέτοιο σμήνος θα φαινόταν μαύρο, εκπέμποντας μόνο υπέρυθρη ακτινοβολία. Μερικά από τα υπέρυθρα τηλεσκόπια μας που βρίσκονται σε τροχιά αναζητούν σώματα όπως οι σφαίρες ή τα σμήνη Dyson για δεκαετίες, χωρίς τύχη. Εάν χρησιμοποιούνταν ανακλαστήρες στο εσωτερικό των αντικειμένων, η ενέργεια ακτινοβολίας θα μπορούσε να κατευθυνθεί μόνο προς μία κατεύθυνση, καθιστώντας δύσκολη την ανίχνευση από απόσταση.
Οι προκαταρκτικοί υπολογισμοί έχουν δείξει ότι το ηλιακό μας σύστημα περιέχει αρκετή άκαμπτη ύλη για να κατασκευάσει ένα σμήνος Dyson, αλλά πιθανώς όχι μια άκαμπτη σφαίρα Dyson, η οποία θα έπρεπε να έχει πάχος περίπου ένα εκατομμύριο km (600,000 μίλια) για να είναι σταθερή. Ένα καλό υποψήφιο δομικό υλικό θα ήταν το buckminsterfullerene, ένα αλλοτρόπο άνθρακα με τεράστια αντοχή.
Η σφαίρα Dyson αναφέρεται συχνά σε συνδυασμό με το σύστημα ταξινόμησης Kardashev, μια μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση των υποθετικών πολιτισμών μέσω των πηγών ενέργειας τους. Σύμφωνα με αυτό το σχήμα ταξινόμησης, ένας πολιτισμός Τύπου Ι θα ήταν αυτός που χρησιμοποιεί τις πηγές ενέργειας ενός ολόκληρου πλανήτη, ένας πολιτισμός Τύπου ΙΙ θα ήταν αυτός που χρησιμοποιεί την έξοδο ενός ολόκληρου αστεριού για ισχύ και ένας πολιτισμός Τύπου ΙΙΙ θα ήταν αυτός που χρησιμοποιεί ολόκληρος ο γαλαξίας για δύναμη. Ένας πιο κερδοσκοπικός πολιτισμός Τύπου IV θα ήταν αυτός που αξιοποιεί τη δύναμη ενός ολόκληρου σύμπαντος. Η κατασκευή μιας σφαίρας Dyson θα τοποθετούσε έναν πολιτισμό στην κατηγορία τύπου II.