黑洞（Blackhole）是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種密度無限大，體積無限小的天體，所有的物理定理遇到黑洞都會失效。

黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後，發生引力坍縮產生的。黑洞的質量極其巨大，而體積卻十分微小，它產生的引力場極為強勁，以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界（臨界點）內，便再無法逃脫，甚至目前已知的傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出。黑洞無法直接觀測，但可以藉由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和X射線的「邊緣訊息」，可以獲取黑洞存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行軌跡取得位置以及質量。

科學家最新研究理論顯示，當黑洞死亡時可能會變成一個「白洞」，它不像黑洞吞噬鄰近所有物質，而是噴射之前黑洞捕獲的所有物質。 

黑洞是一種引力極強的天體，就連照射到它表面上的光都無法逃脫，因此我們無法直接觀察到黑洞，隻能依靠推理來證實它的存在。

一般認為，當一顆恆星衰老時，它的熱核反應已耗盡了中心的燃料，它再也沒有足夠的力量來承擔外殼巨大的重量。在外殼的重壓下，核心開始坍縮、收縮，並發生強力爆炸。由於重量的原因，物質會無限製地向中心進軍，使其被壓縮成一個體積趨向於零，密度趨向於無限大的點，既為黑洞。

黑洞質量之大超乎想像，宇宙中大部分星系，包括我們居住的銀河系中心都隱藏著超大質量的黑洞，從100萬個太陽質量到100億個太陽質量不等。

科學家認為，黑洞的形成跟白矮星和中子星類似，也是由恆星演化而來。當一顆恆星到了年老的時候，它的燃料已經消耗光了。這時，中心的能量已經無法再提供力量來支撐起巨大的外殼，所以在外殼的重壓之下，核心會迅速坍縮，直到最後形成一個體積更小、密度更大的星體。根據科學家的計算，當這個星體的總質量大於三倍太陽的質量時，就會引發第二次大坍縮。這次坍縮的程度大得驚人，它會使周圍的物質繼續向著中心點進軍，直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的「點」。這個「點」會具有強大的引力，當這種引力大到連光都能夠吸引的時候，黑洞就誕生了。

另外，據推論，宇宙中甚至存在與黑洞相反的白洞，它拒絕任何外來者，隻允許自己的物質和能量向外輻射，但它本身的強大引力，也會將塵埃、氣體和能量吸引到自己旁邊，形成一個「物質膜」，像個大包裹。

而宇宙間物質相對稀少的區域則被稱為空洞。空洞的密度隻及正常星系密度的1/25，其空間尺寸可大到幾億光年。