Junto con las enanas blancas y las estrellas de neutrones, los agujeros negros son uno de los posibles residuos finales del estallido de una supernova. Los agujeros negros son el tipo más extremo de materia, dado que no podemos siquiera imaginar cuál es su estructura o composición. La característica principal de un agujero negro es su elevada gravedad. A cierta distancia, conocida como horizonte de sucesos, la atracción gravitatoria es tan elevada que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz o cualquier otro tipo de radiación, motivo por el cuál reciben su nombre. Los agujeros negros son por lo tanto indetectables por las técnicas astronómicas corrientes. Sólo es posible inferir su existencia merced a fenómenos indirectos tales como la perturbación producida sobre un astro cercano, o gracias a los rayos X emitidos por la materia que cae hacia el agujero formando un disco de acreción.

Postulados en 1916 por Karl Schwarzschild basándose en las ecuaciones de Einstein, fueron bautizados con el nombre por el que ahora se les conoce por el físico teórico norteamericano John Archibald Wheeler. Posteriormente, en la década de 1930, serían estudiados por Subrahmanyan Chandrasekhar, Arthur Stanley Eddington y Robert Oppenheimer. No obstante, sería a partir de los años 60 cuando Stephen Hawking y Roger Penrose desarrollaron la física de los agujeros negros comenzando a fijar en ellos la atención de los astrónomos e incluso del público en general. Otros físicos teóricos que han realizado trabajos de importancia en el campo de los agujeros negros han sido Roy Kerr y Erza Newman.

Algunos físicos teóricos, especialmente el británico Stephen Hawking, han demostrado que los agujeros negros no son los pozos sin fondo que se creía. Debido a un efecto cuántico, la materia contenida en su interior puede acabar disipándose después de determinado tiempo, por lo que en realidad los agujeros negros sí emiten radiación, aunque en cantidades casi indetectables.

Actualmente se definen varios tipos de agujeros negros en función de sus características físicas. En primer lugar están los agujeros negros clásicos, o de Schwarzschild, que carecen de rotación y de carga eléctrica. Los que poseen carga, pero no rotación, se denominan agujeros negros de Reissner-Nordstrøm. Los agujeros negros de Kerr, por el contrario, rotan pero carecen de carga. Por último, si están cargados eléctricamente y además rotan, son conocidos bajo el nombre de agujeros negros de Kerr-Newman.

Se han descubierto ya varios agujeros negros, o bien candidatos firmes a serlo; la propia Vía Láctea contiene uno de enorme masa en su núcleo, y se cree que este fenómeno debe de ser habitual en todas las galaxias.