1、1965到1970年，他認爲大星燃燒耗盡會繼續坍縮直至達到具有無限密度的奇點，這個奇點，引力場特別強大使得光線不能從圍繞它的區域逃逸，而被引力場拉回去。這就叫做黑洞，黑洞的邊界叫做時間視界，任何通過事件視界的東西掉進黑洞後都在奇點達到其事件的終結。他還證明了黑洞的面積定理，即隨時間的增加黑洞的面積不變。
2、1970到1974年，主要研究黑洞，做出了畢生最令人吃驚的發現：黑洞不是完全黑的。在宇宙意義的微觀尺度上，粒子和輻射可以從黑洞漏出來。黑洞附近的強大引力場引起粒子反粒子對的創生，粒子對中的一顆粒子落進黑洞，而另一顆逃到無窮遠去，逃逸的粒子好象是從黑洞裏發射出來的，這就是著名的霍金輻射。
