黑洞作為一種極端緻密的天體，其強大的引力可以扭曲周邊的時空，甚至連光都無法逃脫它的表面，因此它沒有任何光輻射，也就意味著它是無法被透過常規手段直接觀測所“看”到的。尋找宇宙中散佈的黑洞，無異於在巨大漆黑的倉庫中尋找一隻只黑色的蝴蝶，困難程度可想而知。

然而，科學家還是透過各種方法捕捉到了黑洞的蹤跡，而利用的恰恰是黑洞自身強大的引力。

黑洞的引力可以扭曲周邊的空間，因此即使是光線透過這部分空間也會被這種引力“透鏡”扭曲成“弧線”，透過觀測這些變形的光線軌跡，就可以推斷出黑洞的位置和體量。

同理，黑洞也會吸引周邊的天體。如果觀測到恆星彷彿圍繞著巨大的虛空旋轉，那麼這個虛空中通常會有一個看不見的巨大引力源，而通常就是黑洞。比如目前認為，銀河系的中心就有一個這樣巨大的黑洞。

還有一種方法，是恆星被黑洞吸引拉扯的時候，會拋射出大量的可觀測物質，觀測到的現象就彷彿一個被扎破的溏心蛋蛋黃，噴湧出的物質會形成噴流或者在黑洞周邊形成吸積盤，從而勾勒出黑洞的輪廓。

近年來還有引力波觀測等方法，黑洞的神秘面紗已經不再那樣神秘了。

黑洞看起來很可能不是黑的，而是亮的，這是因為四周的發光星際物質其光線會環繞球殼區域，外圍距離遠的光線會從球殼區域後方繞到前面。這樣的區域會被認為疑似黑洞。