黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。
黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界（临界点）内，便再无法逃脱，甚至目前已知的传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出。 黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出紫外线和X射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
科学家最新研究理论显示，当黑洞死亡时可能会变成一个“白洞”，它不像黑洞吞噬邻近所有物质，而是喷射之前黑洞捕获的所有物质。
黑洞是一种引力极强的天体，就连照射到它表面上的光都无法逃脱，因此我们无法直接观察到黑洞，只能依靠推理来证实它的存在。
一般认为，当一颗恒星衰老时，它的热核反应已耗尽了中心的燃料，它再也没有足够的力量来承担外壳巨大的重量。在外壳的重压下，核心开始坍缩、收缩，并发生强力爆炸。由于重量的原因，物质会无限制地向中心进军，使其被压缩成一个体积趋向于零，密度趋向于无限大的点，既为黑洞。
黑洞质量之大超乎想象，宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系中心都隐藏着超大质量的黑洞，从100万个太阳质量到100亿个太阳质量不等。
科学家认为，黑洞的形成跟白矮星和中子星类似，也是由恒星演化而来。当一颗恒星到了年老的时候，它的燃料已经消耗光了。这时，中心的能量已经无法再提供力量来支撑起巨大的外壳，所以在外壳的重压之下，核心会迅速坍缩，直到最后形成一个体积更小、密度更大的星体。根据科学家的计算，当这个星体的总质量大于三倍太阳的质量时，就会引发第二次大坍缩。这次坍缩的程度大得惊人，它会使周围的物质继续向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。这个“点”会具有强大的引力，当这种引力大到连光都能够吸引的时候，黑洞就诞生了。
另外，据推论，宇宙中甚至存在与黑洞相反的白洞，它拒绝任何外来者，只允许自己的物质和能量向外辐射，但它本身的强大引力，也会将尘埃、气体和能量吸引到自己旁边，形成一个“物质膜”，像个大包裹。
而宇宙间物质相对稀少的区域则被称为空洞。空洞的密度只及正常星系密度的1/25，其空间尺寸可大到几亿光年。
