天文學上的“黑洞”，並不是指野外的黑洞，而是指一種特殊的天體。一般認為，“黑洞”是恒星演化後期的產物之一。
早在十八世紀時，法國著名科學家拉普拉斯（1749～1827）按照牛頓力學曾經提出，可能有一種質量很大的天體，它的引力大得連光線也無法射出來，因而是看不見的，後來的研究者，根據愛因斯坦的廣義相對論推論出質量為M的天體存在一個臨界半徑R，在R裏麵引力強大到使光線都不能發射出來。這種天體被人稱為“黑洞”。
黑洞的半徑R為：
Rc=2GMC2
式中M為天體的質量，G為萬有引力常數，C為光速。這個R稱為黑洞的“引力半徑”，或稱為史瓦西（德國科學家，1873～1916年）半徑。一個天體，如果它的半徑縮小到史瓦西半徑以下，就成為“黑洞”了。
由引力半徑的表達式可以知道，由於分母是光速的平方，光速是每秒鍾約30萬千米：3X10lo厘米，分母數值高達9X1020.天體要形成黑洞的話，一定是很小的。例如，我們太陽（質量為地球的33萬倍）的直徑約130萬千米，如果壓縮成半徑3千米的球，它就成為一個“黑洞”。而我們的地球如壓成3毫米大小的微粒，也就成為“黑洞”了。
黑洞的巨大引力，會使它周圍的一切物體都被吸入，因此，它是一個“無底洞”。而任何物體，無論是人，還是動物，或是火車、汽車，一旦落入黑洞，就被黑洞內部引力場所摧毀。在黑洞內部不存在任何類型的物質結構。黑洞僅有質量、電荷自轉的差別，在其他方麵無差別。黑洞的這個特性，有時就稱為“黑洞無毛發定理”。毛發是比喻性的。從毛發的顏色、長度、類型，可以區別不同的人。因此毛發可作為人的一種特征。黑洞是“光禿禿”的圓球。
黑洞有自轉運動，因而有角動量。黑洞可能有電荷，但不清楚是帶正電還是帶負電。但無論如何，黑洞隻要有電荷，它對外界，就有電磁的作用。電磁的同性相斥、異性相吸的特性是普遍存在的。
黑洞還有一個特點，那就是英國著名科學家霍金提出的：兩個黑洞可以相碰，合成一個黑洞，其合成的黑洞視界麵積（即表麵積）一定不小於原先兩個黑洞視界麵積之和；但是一個黑洞不能分成兩個黑洞。這稱為“黑洞麵積不減定理”。就是說黑洞在變化中，視界麵積隻能增加，不能減小。
更令人驚奇的是，黑洞還會“蒸發”。這個概念也是霍金於1974年提出的。“蒸發”就是一種量子輻射。計算表明，相當於一個太陽質量的黑洞，“蒸發”掉的時間約1066年。這個數字比已知最古老天體的年齡要大不知多少倍。因此可以認為，恒星級的黑洞（雖然有量子輻射）的大小幾乎沒有變化。
黑洞不發光，所以用光學望遠鏡不能觀測到它，但是黑洞有強大的引力，可以對它鄰近的天體發生作用，而被我們間接發現。
1970年“自由號”衛星及1978年“愛因斯坦X射線天文台”衛星上天以後，發現了許多X射線源是雙星。人們認為這些X射線雙星很可能包含了黑洞。
最引人注意的有天鵝座X-1，圓規座X-1與天蠍座V861等。
天鵝座X-1是一顆極特殊的X射線雙星，主星是一顆藍色超巨星（編號為HDE226868），視星等為9等，表麵溫度為25000開，質量約為30個太陽質量。
此雙星係統的繞轉周期為5.6天，但是伴星則未見到。天鵝X-1的X射線強度不斷發生快速變化，變化的時標從1毫秒到幾十秒。強度變化十幾倍。由此推知射線源的直徑必定小於1000千米，那就是一個很小的射線源。
光譜分析發現，從主星有物質流向不可見的伴星區域，而伴星的質量至少為6個太陽質量（另一種估計為10～15個太陽質量），已超過中子星的極限質量，被認為是一個黑洞。
高溫的大量物質很快地擠到黑洞周圍的薄盤（稱為“吸積盤”），猛烈摩擦產生高溫而發射出X射線。吸積盤的半徑約為160萬公裏，而X射線是從離黑洞隻有3000公裏處的吸積盤內邊緣發射的。
從觀測到理論都確認，天鵝座X-1是一個黑洞。但是持謹慎態度的科學家卻認為，還應當進一步研究確定。還有其它一些黑洞的候選者。比較而言，它們是黑洞的可能性都不如天鵝座X一1.
上麵介紹的是恒星級的黑洞，那麼星係級的，甚至更大的黑洞有沒有呢？
早就有人提出，在我們銀河係核心有大黑洞，估計這個黑洞的質量約為一億個太陽質量。它在吸積周圍的氣體物質時，會輻射強大的無線電波與紅外光。對銀心方向的觀測，的確發現有這些輻射。但是從銀心方向來的電波與紅外光，也可以用別的因素來解釋，所以銀河係核心大黑洞仍是個懸案。
在河外星係，特別是在活動星係核中，也可能存在大質量的黑洞。
奇妙的黑洞，仍然是當代天文學上的重大研究題目。