黑洞是愛因斯坦廣義相對論最著名的預測之一，它的質量之大、產生的引力場之強，讓其周圍的任何輻射和物質都無法逃脫。這仿佛一個無底洞，任何物質一旦進去，就似乎永遠沒有出頭之日，如同熱力學上完全不反射光線的黑體，因此稱它為“黑洞”。
關於黑洞的“黑”，早在200多年以前，法國和英國就有學者提出：“一個質量足夠大但體積足夠小的致密恒星會產生強大的引力場，以至於連光線都不能從其表麵逃逸，因此它對我們來說是完全‘黑’的。”後來，1915年愛因斯坦發表廣義相對論，美國物理學家奧本海默依據廣義相對論證實了黑洞的存在：黑洞的邊界被稱為“視界”，如果某個天體的半徑小於史瓦西半徑，那麽這個天體就應該是“黑”的，因為它的自身我們無法看到。
黑洞之所以被認為是“黑”的，在於其引力行為和事件視界上。“引力行為”我們很好理解，即任何物質都無法逃脫其強大的引力場，一旦靠近就會被吞噬，這就如同一個無底的黑洞一樣。“事件視界”則是指，隻有在事件視界之外的物質才會被人們所感知和察覺，而在事件視界之內的任何東西我們都無從知曉，即使是光線也無法逃脫黑洞引力的控製。所以，我們說黑洞是“黑”的，就如同一條單行道，隻能進去，不能出來。
霍金對黑洞的研究，為宇宙中最致密的天體行為提供了很多可能性解釋及參考，但是2014年1月24日，霍金在發表的一篇《黑洞的信息保存與氣象預報》論文中提出，“宇宙中沒有黑洞”，存在“灰洞”。這個理論震驚了物理學界，乃至整個世界。在這一理論當中，霍金指出，黑洞其實隻是一個擁有極端物理條件的“灰色地帶”，進入黑洞之中的物質不會被永久封閉或者消失，而是可以再“回”到宇宙當中，它們會在某個節點被“釋放”出來。在這裏，霍金提出“灰洞”理論，並不是說黑洞真的不存在，而是為了化解廣義相對論與量子理論在黑洞當中的矛盾。