黑洞本身是廣義相對論預言的天體。在廣義相對論之前，傳統的牛頓力學範疇中，就也有類似黑洞的概念。也就是當一個天體引力足夠強的時候，光無法逃出這個天體。這是用經典概念能推導的（大學本科物理就能推導）。

在廣義相對論構架下，黑洞的實質，是一個時空奇點。簡單的說，就是一個密度很大的區域。這個區域的大小，與黑洞的質量有關。

不同質量的黑洞，形成的機制不一樣。

理論上，在粒子對撞，或者宇宙早期，可能形成釐米級別的小黑洞。但，目前沒有強力的證據證明這一點。

其次，恆星級黑洞，目前認為最主要的機制是超新星爆發，大質量恆星的演化終點。這在觀測方面，證據比較充分。

另外雙星合併，雙中子星合併（碰撞）也能形成恆星質量大小的黑洞。

在球狀星團中，中心黑洞可能是恆星黑洞透過運動學方式，彼此合併而成。

至於星系級黑洞，可能是在星系長期演化過程中，恆星級黑洞不斷在星系中心合併；也可能是吸積盤作用下，星際物質把原來的黑洞喂大。這方面的模型，限於觀測，都還沒有足夠充分的證據。

不過總的來說，自1960年代X射線天體物理的發展，黑洞從一個理論模型，成為足夠觀測證據的天體，這是毋庸置疑的，而且這也是人類科學發展的巨大成就。

但黑洞研究本身，無論是理論，還是觀測資料，相比其他天體，都只能算剛剛起步。

黑洞形成的原因，最被普遍接受和最權威的解釋來自史蒂芬·霍金研究成果。他的《The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe 》(2005 by Phoenix Books)書中收錄了他在劍橋大學所作的關於黑洞的講學文稿。他解釋道：

黑洞這個術語是美國科學家約翰·惠勒在1969年創造出來的。

為了理解黑洞形成過程，先應弄明白恆星的生命週期。當大量的氣體（其中主要是氫）在自身引力作用下開始坍塌收縮，最終形成恆星。隨著氣體進一步收縮，其原子間的碰撞愈加頻繁，運動速度也愈加增大，其結果是氣體的溫度變得非常高，導致氫原子不再碰撞而是結合形成了氦原子。此種反應很像受控的氫彈，所釋放的熱量就是讓恆星發光發亮的原因。

一段時間裡恆星熱量和引力維持平衡，但最後恆星內部的氫和核燃料全部消耗光。隨後恆星便開始冷卻下來，並再次開始收縮，恆星表面的引力越來越強，恆星的時空向內彎曲的程度也越來越明顯。這個過程中，光要逃出恆星也越來越困難，對遠處的觀測者而言，星光變得暗紅。

最終，當恆星收縮到一個臨界半徑時，其表面引力將非常強，空間向內彎曲的程度非常厲害以致於光也逃不出來。根據相對論，任何物體的運動速度都不能超越光速。因此，假如光都無法逃逸，那麼任何其他物體也都不能向外逃逸了。這就存在一個事件集合，即一個時空區域，任何事物都不能從中逃逸出到達遠方的觀測者。我們把這個區域叫做黑洞，黑洞的邊界叫做事件視界。