Quando una stella, o un nucleo galattico, collassa sotto l'azione del proprio peso, senza incontrare forze antagoniste che ne ostacolino l'azione fino al punto di arrestare o anche invertire il procedere degli eventi, allora la materia collassante raggiunge uno stato di condensazione alla cui superficie agisce un campo gravitazionale tanto intenso da non permettere neanche alla luce di allontanarsi da essa. Un tale oggetto diviene invisibile a chi lo osservi da "fuori" e ovviamente, nulla potendo muoversi a velocità maggiore della luce, tutto ciò che accade all'interno di questa configurazione rimane inaccessibile a un osservatore lontano. Si forma così un "buco nero".

La conseguenza più drammatica della formazione di un buco nero è che in esso non sono possibili stati di equilibrio, né possibilità di scampo alla materia che in esso è collassata o che in esso possa ancora cadere, dato che il campo gravitazionale costringe ogni cosa a compattarsi fino a un volume nullo.

Invero, dal punto di vista della meccanica quantistica una sorta di sopravvivenza della materia collassata è assicurata dal fenomeno dell' "evaporazione", tuttavia quest'ultimo è significativo solo per buchi neri primordiali di massa molto piccola e quindi di scarso interesse osservativo.

Il risultato della costrizione della materia collassante a un volume nullo, anche se è predetto dalla teoria della relatività generale, non è descrivibile dalla fisica classica per cui esso è detto genericamente "singolarità ".

L'importanza di un buco nero dal punto di vista astrofisico è la presenza del suo campo gravitazionale che è così intenso da conferire alla materia al suo esterno un'energia tale da essere causa di effetti osservativi peculiari e tali da identificare essi stessi la presenza di un buco nero.

Il wormhole, o meglio detto "cunicolo" spaziotemporale, è una sorta di tunnel nello spaziotempo attraverso cui è possibile connettere eventi (appartenenti al nostro stesso universo o anche a universi differenti) che sarebbero molto distanti fra loro nello spazio e nel tempo, mediante cammini invece molto"corti"; i cunicoli sono come delle scorciatoie rese possibili da particolari geometrie. Poiché la geometria dello spaziotempo è determinata dalla distribuzione di materia ed energia, per generare i tunnel in questione occorre che quest'ultima abbia proprietà speciali ma tali proprietà non sono facilmente acquisibili in natura e tanto meno realizzabili dall'uomo. A causa di ciò la loro reale esistenza, ed eventuali implicazioni nel campo astrofisico, sono tutt'ora solo ipotetici.