Nella relatività generale, si definisce buco nero una regione dello spaziotempo con un campo gravitazionale così intenso che nulla al suo interno può sfuggire all'esterno, nemmeno la luce. La velocità di fuga da un buco nero risulta dover essere superiore alla velocità della luce, ma poiché la velocità della luce è un limite insuperabile, nessuna particella di materia né alcun tipo di energia può allontanarsi da quella regione.
Il termine "buco nero " è stato coniato dal fisico John Archibald Wheeler; in precedenza si parlava di " stella oscura" (dark star) o " stella nera" (black star). L'aggettivo " nero " deriva dal fatto che non può emettere luce. Il fatto che nessuna particella che vi fosse catturata possa più riemergere (nemmeno i fotoni) è la ragione del termine "buco".
Nella fisica classica, la possibilità di un corpo con massa tanto grande che la sua velocità di fuga sarebbe superiore alla velocità della luce era stata teorizzata nel diciottesimo secolo, prevedendo che tale oggetto sarebbe risultato invisibile.
Da un punto di vista relativistico invece, un concetto di buco nero venne teorizzato dal fisico Karl Schwarzschild nel 1916, solo un anno dopo la pubblicazione della teoria della relatività generale. Nella relatività generale il campo gravitazionale viene descritto come deformazione dello spaziotempo causata da un oggetto molto massiccio, e la velocità della luce è una costante limite. Esplorando alcune soluzioni alle equazioni della teoria, Schwarzschild calcolò che un corpo ipoteticamente dotato di altissima densità produrrebbe nelle sue vicinanze una deformazione tale che la luce in allontanamento da esso tenderebbe a subire uno spostamento verso il rosso gravitazionale infinito. Il concetto teorizzato da Schwarzschild dipende dalla densità dell'oggetto, in astratto cioè si potrebbe applicare a un qualsiasi oggetto il cui volume fosse estremamente piccolo rispetto alla sua massa - anche se, nella realtà, non è noto alcun mezzo che possa fornire ad un oggetto con massa piccola l' energia necessaria per concentrare a tal punto la materia: l'unica forza nota nell' universo in grado di sviluppare una tale intensità è la forza di gravità, in presenza di una grande quantità di materia.
