黑洞是宇宙中引力最大的天体，即使是光也无法逃脱黑洞的引力，这使得对黑洞的观测变得异常困难。不能发光或反射光的物体即使在我们眼前也很难找到。在浩瀚宇宙中，黑洞更像是一个“看不见”的天体。

虽然黑洞很难观测，但科学家们仍然在宇宙中定位了许多黑洞。这些黑洞并不依赖目测，它是从引力计算和特殊现象中推导出来的--黑洞巨大的引力会产生明显的引力波，形成特殊的引力透镜。可以通过特殊现象判断黑洞存在的可能性，然后科学家可以通过周围天体的轨道来判断黑洞是否存在。
黑洞作为现代物理学中的极限天体，与其他天体有着本质的区别。黑洞强大的引力也给了它们一个独特的标签。科学家只需在宇宙中寻找特殊的引力现象，就有机会找到黑洞。引力波是寻找黑洞最关键的方法之一。
单个黑洞形成的引力波不易被探测到，而黑洞形成的双星系统可以产生强烈的引力波，因此科学家探测到的黑洞基本都是双星系统。两个黑洞互相旋转，或者黑洞和中子星旋转，都会产生巨大的引力波。当两个天体合并时，巨大的引力波甚至会扩散到整个宇宙。地球目前的天文观测设备也可以探测到这类引力波，从而定位可能存在黑洞或中子星的地方。
除了引力波，宇宙中还有特殊的引力透镜--大质量的天体会导致空间弯曲，光如果在一个引力透镜周围没有观测到大质量天体，那么该天体很可能是黑洞。寻找大质量天体也能帮助科学家观测更深的宇宙。