大质量恒星到了晚年，核能耗尽以后，就会发生超新星爆发。超新星爆发后遗留下的致密物质的质量如果在1.4～2.0个太阳质量之间，就会形成中子星。2.0太阳质量也是一个极限值，称为奥本海墨极限。质量超过奥本海墨极限的致密天体，中子的简并压不足以抗衡引力，这个天体还要坍缩。它们坍缩的结果会变成一种非常特殊的天体――黑洞。
早在200年以前，著名的天文学家拉普拉斯根据牛顿的引力理论预言了黑洞的存在。他说：“一个密度和地球一样而直径为太阳的250倍的发光恒星，由于引力的作用，它将不允许任何光线离开它。由于这个原因，宇宙中最大的发光天体也不能被我们看见。”他称这种天体为“黑暗的一团”。拉普拉斯的预言我们比较容易理解。我们在中学物理课中可以学到有关三种宇宙速度的内容，其中第二宇宙速度为物体脱离地球的速度，11.2千米/秒。一艘宇宙飞船要摆脱地球引力的控制飞到太空去的条件是它的动能(mv2/2)要大于它在地球表面处的引力势能(GMm/R)。这样便推出第二宇宙速度公式：V>(2GM/R)1/2。其中G为引力常数，M和R为地球的质量和半径，V为飞船的速度。如果要从太阳表面发射一艘宇宙飞船，那么它的脱离速度就是618千米/秒。脱离速度和被发射的飞船的质量无关，只由天体的质量和半径的比值决定。M/R越大，就意味着这个天体的引力越强。从这个公式出发，很容易计算出脱离速度大于光速的质量与半径的比值。如果太阳压缩到半径只有3千米时，脱离速度就大于光速。地球压缩到半径只有0.9厘米时，脱离速度也会超过光速。根据爱因斯坦狭义相对论，任何物体的速度都不可能超过光速。因此，各种波长的电磁辐射及光速运动的任何物质都不可能离开这个天体。外面的观测者不可能看见它。这种天体就是黑洞。
1916年爱因斯坦创立了广义相对论以后不久，天文学家根据广义相对论重新预言了黑洞的存在。条件和100多年以前由拉普拉斯推出的公式一模一样。
黑洞是一种非常奇特的天体。黑洞具有许多奇异的特性。它有一个边界，被称为“视界”。视界外面的任何物体可以朝向或离开视界而运动，也可以绕着黑洞做轨道运动。但是物质（包括光）一旦落入视界之内，就再也不能逃出视界。我们接收不到黑洞视界里面的任何信息。黑洞是黑的，是看不见的。在黑洞视界以内，物体受巨大引力以极快的速度落到黑洞中心。除中心有物质外，其它地方完全是空无一物。黑洞是一个只有质量，电荷和角动量的暗黑而空虚的球体。这是一个很难理解的奇怪天体。
按照广义相对论推出的黑洞，在其中心的那个几何点，物质密度，引力和起潮力都是无穷大。这就是所谓“中心奇点”的状态。这无疑是荒唐的。这说明在中心奇点附近， 广义相对论不再正确了。
许多科学家认为，双星系统中的黑洞则有可能根据它们的轨道运动状态发现黑洞的存在。天鹅座X—1是密近双星中的一个星体，是一个著名的X－射线源。由于其强度随时间有快速变化，可以判断为致密星。又因为这个X—射线源的质量大大超过中子星和白矮星，因此被认为是黑洞最可能的候选者。 黑洞这一名词的创造者曾形象地比喻说，舞台上，穿着黑色衣服的男孩拉着穿白色衣裙的女孩跳舞。当灯光变暗时，你只能看见这些女孩，而看不见男孩。女孩代表正常恒星，而男孩则代表黑洞。你看不到男孩，但女孩的环绕使你坚信，有种力量维持她在轨道上运转。由此你就能推测出男孩，也就是黑洞的存在。
1969年天文学家提出一种新的理论：旋转的黑洞应该发出辐射，但发射辐射会使黑洞停止旋转。1974年霍金证明，当考虑量子力学效应时，黑洞的边界不再是密不可透。黑洞能辐射能量，并且损失质量。根据量子力学，空间中充满了成双结对的粒子和反粒子。在黑洞附近，如果一个粒子或反粒子掉到黑洞里面去，留下它的伴侣在黑洞外面，那么就相当于是黑洞发射的辐射。量子力学允许粒子逃离黑洞，这是广义相对论不能允许的事情。根据著名的“霍金辐射”——黑洞辐射理论，大质量黑洞的发射温度很低，发射过程中黑洞的质量损失缓慢减少，相当于一种蒸发过程。小质量黑洞的温度很高，发射强度很大，类似一种爆发。霍金提出在宇宙大爆炸发生之际，各种质量的黑洞都是可以生成的。因此，宇宙空间里目前仍然可能存在着“微型黑洞”，也许它们现在正在爆炸。黑洞理论，包括霍金的黑洞辐射理论，都还有待观测事实的验证。天文学家一直在努力奋斗。
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