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黑洞是廣義相對論方程預測的理論實體。當一顆質量足夠大的恆星遭受引力坍縮，其大部分或全部質量被壓縮到足夠小的空間區域，從而在該點產生無限的時空曲率時，黑洞就形成了。如此巨大的時空曲率使得任何東西，甚至光，都無法逃離「事件視界」。
黑洞從未被直接觀測到，儘管對其影響的預測與觀測相符。有一些其他的理論，如磁層永久性坍塌物體（MECOs）來解釋這些觀測，其中大部分都避免了黑洞中心的時空奇異性，但絕大多數物理學家認為，黑洞的解釋是最可能發生的物理表示。
相對論之前的黑洞
牛頓光學是光的微粒理論，把光當作粒子。因此在18世紀，有人提出超大質量的物體可能會吸引光進入。約翰·米歇爾在1784年發表了一篇論文，預測一個半徑是太陽半徑500倍(但密度相同)的物體在其表面會有一個光速的逃逸速度，因此是不可見的。然而，隨著光波理論的興起，對這一理論的興趣在20世紀初消失了。
在現代物理學中，這些理論實體很少被提及，它們被稱為「暗星」，以區別於真正的黑洞。
相對論中的黑洞
在1916年愛因斯坦發表廣義相對論後的幾個月內，物理學家卡爾·施瓦西提出了一個求解愛因斯坦球質量方程（稱為施瓦西度量）的方法。他得到了意想不到的結果，表示半徑的術語有一個令人不安的特點。
在一定半徑範圍內，這一項的分母似乎會變成零，這將導致這一項在數學上「爆炸」，這個半徑稱為施瓦西半徑。因為施瓦西的工作被證明對理解黑洞至關重要，所以將施瓦西半徑翻譯成了「黑盾」。
黑洞理論的發展
上世紀20年代，物理學家錢德拉塞卡推導出，在廣義相對論下，任何質量超過1.44倍太陽質量的恆星(錢德拉塞卡極限)都必然會坍縮。物理學家阿瑟·愛丁頓認為一些性質可以防止坍塌。
羅伯特·奧本海默在1939年預測，一顆超大質量恆星可能會坍縮，從而在自然界形成一顆「冰凍恆星」，而不僅僅是在數學上。坍縮似乎會減慢，實際上在它穿過施瓦西半徑時時間凍結了。恆星發出的光在施瓦西半徑將經歷巨大的紅移。
不幸的是，許多物理學家認為這只是施瓦西度量的高度對稱性質的一個特徵，他們相信在自然界中，由於不對稱，這樣的坍縮實際上不會發生。
直到1967年，也就是施瓦西被發現近50年後，物理學家史蒂芬·霍金和羅傑·彭羅斯才證明，不僅黑洞是廣義相對論的直接結果，而且也沒有辦法阻止這種坍塌。脈衝星的發現支持了這一理論，不久之後，物理學家約翰·惠勒在1967年12月29日的一次演講中為這一現象創造了「黑洞」一詞。
黑洞的猜測
黑洞是一個吸引想要挑戰的理論家和實驗者的領域。今天，人們幾乎一致認為黑洞是存在的，儘管黑洞的確切性質仍有疑問。一些人認為落入黑洞的物質可能會在宇宙的其他地方重新出現。
黑洞理論的一個重要補充是霍金輻射，由英國物理學家史蒂芬·霍金於1974年提出。