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黑洞是一种极其神秘且特殊的天体，以下是关于黑洞的定义及相关解释：从广义相对论角度来看，黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。具体解释如下：时空曲率极大：根据爱因斯坦的广义相对论，物质和能量会使时空发生弯曲。黑洞是由大质量恒星在其核燃料耗尽后，发生引力坍缩形成的。在坍缩过程中，大量物质被压缩到一个极小的空间区域内，导致此处的物质密度趋近于无穷大，从而产生了极 强的引力场，使得周围的时空结构极度扭曲。
事件视界：它是黑洞周围的一个边界，在事件视界以内，任何物体，包括光线，都无法逃脱黑洞的引力束缚。一旦进入事件视界，物体就会不可避免地被吸入黑洞中心的奇点。事件视界的大小与黑洞的质量成正比，质量越大，事件视界的半径也就越大。
光无法逃脱：由于黑洞的引力极 强，光子也无法克服这种引力从黑洞中逃离。这也是黑洞之所以被称为 “黑” 的原因，因为它不发射或反射任何电磁辐射，人类无法直接看到黑洞，只能通过它对周围物质产生的引力效应等间接方式来探测它的存在。
从热力学角度来看，黑洞具有熵和温度等热力学性质，其熵与事件视界的面积成正比，温度与质量成反比，这意味着黑洞并非是一个完全 “死寂” 的天体，而是具有一定的热动力学行为，会通过霍金辐射等过程缓慢地释放能量。
从量子力学角度来看，黑洞与量子场论的结合引发了许多深刻的问题和理论探讨，如黑洞信息悖论等。理论上认为，在黑洞的事件视界附近，量子效应会导致粒子 - 反粒子对的产生，其中一个粒子可能会落入黑洞，而另一个粒子则可能逃逸，形成所谓的霍金辐射，这显示了黑洞与量子世界之间的微妙联系。
黑洞由中心的一个由黎曼曲率张量出发构建的标量多项式在趋向此处发散的奇点和周围的时空组成，其边界为只进不出的单向膜：事件视界，事件视界的范围之内不可见。大质量恒星的引力坍缩被认为是形成恒星质量黑洞的原因。依据爱因斯坦的广义相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它会向中心塌缩，质量大于托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限（Tolan-Oppenheir-Volkoff Equation，也叫TOV极限，估计在2.5-4倍太阳质量左右）则会无限地坍缩，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体（几乎为奇点）。而当它的半径一旦收缩到小于史瓦西半径时，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：一个恒星在面临毁灭时，一般要么是因为恒星内部的燃料不足，无法通过核合成来维持温度；要么是因为稳定的恒星接受了外来的物质，却未能提高其核心温度来维持平衡。总之，核心由于温度不足，在自身重力的作用下迅速地坍缩，发生强力爆炸，称为超新星爆发。这一过程使得恒星外层的大部分质量被抛射出去，只留下内层一个致密的核。恒星剩余质量的大小，决定了它最终的命运，即会成为哪一种致密星。
当剩余核心的质量小于TOV极限时，它将成为一颗中子星，支持星体的压力来自于中子间的强相互作用和简并压。当核心质量大于TOV极限时则会形成黑洞，这时它的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在自身的引力挤压下被碾为粉末，剩下的是一个密度高到难以想象的物质。
从恒星演化的角度来看，通常恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。氢原子核的聚变产生新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这时由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量小于所需能量，因而聚变停止，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。
根据恒星演化理论，能形成黑洞的恒星原始质量应该大于太阳质量25倍以上。这样的恒星在晚年会发生剧烈的超新星爆发，抛射出部分物质形成星云，剩下的遗留物质量大于TOV极限，可以形成黑洞。
然而，外部的观测者实际无法“看到”黑洞的形成，因为广义相对论的引力时间膨胀，只能看到坍缩的物质在视界上方逐渐变慢直到停止。来自坍塌物质的光抵达观测者的时间会拖得越来越久，在抵达视界的前一刻发出的光会无限期地延迟。因此，外部的观测者从未见到事件视界的形成；相对的是，坍塌的物质变得越来越暗，最终逐渐从视野中消失。
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。已观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。恒星是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。