首先，黑洞的存在其實很早以前就有科學家提出過假設。而牛頓和愛因斯坦都曾有機會發現黑洞，但是卻最終遺憾錯過。
1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書提出了萬有引力定律，任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。如果用m1、m2表示兩個物體的質量，r表示它們間的距離，則物體間相互吸引力為F=（Gm1m2）/r，G稱為萬有引力常數也可簡稱為引力常數。
在萬有引力定律提出來之後，科學家得出了一個結論，既然存在萬有引力定律，那麼在星球表面垂直向上射出一物體，若初速度無法擺脫引力的束縛，該物體將僅上升一段距離，之後由星球引力產生的加速度將最終使其下落。但是如果初速度可以擺脫引力的束縛，那麼該物體就將完全逃脫星球的引力束縛而飛出該星球。科學家稱之為「逃逸速度」。
由此推廣到宇宙，那麼就可以得出結論，所有的天體都有一個所謂的逃逸速度——即永久逃離這個天體引力所必須具有的最小速度。譬如，航天飛船要脫離地球，那麼它的初速度就要大於地球的逃逸速度即11.2公裡/秒。逃逸速度取決於星球的質量。如果一個星球的質量大，其引力就強，逃逸速度值就高。反之一個較輕的星球將會有較小的逃逸速度。逃逸速度還取決於物體與星球中心的距離。距離越近，逃逸速度越大。地球的逃逸速度是11.2公裡/秒，太陽的逃逸速度為617.7公裡/秒。
逃逸速度的計算也是根據牛頓的萬有引力定律。它給出了逃逸速度與恆星質量之間的精確關係，正是因為科學家知道了逃逸速度的存在，才能製造出太空飛行器，從而飛出地球。但牛頓因為時代的限制，數學計算方法還不完善，最終沒能夠對他的引力方程進一步深入延伸至大質量恆星的歸宿問題上，從而錯失了最早發現黑洞理論的機會。
到了1783年，英國天文學家約翰·米歇爾進行了一項論證，如果有個人垂直向上射出一個粒子，比如炮彈，它的上升將被引力所減緩，而且這個粒子最終將停止上升並落下。然而，如果初始向上的速度超過「逃逸速度」的臨界值，引力將不夠強大到足以停止該粒子，它將飛離遠去。光速大約是每秒300000千米，光可以從地球或太陽輕而易舉地逃逸。
但是如果一顆恆星的質量非常大，以至於它的逃逸速度達到了光速，會怎麼樣呢？
1783年，劍橋的學監約翰·米歇爾在這個假定的基礎上，在《倫敦皇家學會哲學學報》上發表了一篇文章。他指出，一個質量足夠大並足夠緊緻的恆星會有如此強大的引力場，以至於連光線都不能逃逸——任何從恆星表面發出的光，還沒到達遠處即會被恆星的引力吸引回來。米歇爾暗示，可能存在大量這樣的恆星，雖然會由於從它們那裡發出的光不會到達我們這兒而使我們不能看到它們，米歇爾稱之為「暗星理論」。
直到後來，愛因斯坦提出了廣義相對論，裡面給出了愛因斯坦場方程，這個方程是描述引力場的時空幾何量，作為引力場源的物質能量動量張量的方程，但是愛因斯坦並沒有用愛因斯坦場方程去論證黑洞的存在。
1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，如果將大量物質集中於空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——「視界」一旦進入這個界面，即使光也無法逃脫。這種「不可思議的天體」被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為「黑洞」。
可以說，雖然牛頓和愛因斯坦並沒有發現黑洞，或者論證黑洞的存在，但是他們作出的研究成果為發現黑洞奠定了基礎，科學的進步是在前人的基礎上一步一步發展的。