Se la velocità di fuga di un corpo cresce con la sua compattezza, è possibile definire un raggio critico per cui si arriva ad avere v_f = c. I buchi neri sono dunque oggetti il cui raggio è minore o uguale di questo raggio critico, detto raggio di Schwarzschild. Il raggio di Schwarzschild è pari a R_S=3M' chilometri, dove M'  è la massa del corpo misurata in unità della massa solare =2 x 10³³   grammi.
Per il Sole, ovviamente, R_S=3 chilometri, assai inferiore al suo raggio pari a 700000 chilometri: il nostro astro è dunque ben lungi dall’essere un buco nero e la gravità alla sua superficie è assai inferiore a quella di un oggetto di pari massa ma compresso fino alle dimensioni del raggio di Schwarzschild.

Nonostante non possa essere osservato direttamente, un buco nero può manifestare la sua presenza tramite l’enorme forza di gravità esercitata su altri corpi celesti che orbitino nei dintorni. La traiettoria di questi corpi viene fortemente alterata dall’azione del buco nero, ed essi possono eventualmente venire "fagocitati" da quest’ultimo, sparendo al di là del raggio di Schwarzschild.
La maggioranza degli astronomi è d’accordo nel ritenere che al centro delle galassie più massicce si trovino singoli buchi neri la cui massa, a causa di questa azione di "aspirapolvere cosmico", si è accresciuta fino a raggiungere il valore di diversi milioni di masse solari. Buchi neri di "taglia" stellare si ritiene che vengano formati negli istanti finali della vita di stelle massicce (M>8).
Non più sostenute dall’energia sprigionata dal combustibile nucleare ormai esaurito, queste stelle implodono su loro stesse a causa della propria gravità. Quando la densità al centro diventa enorme, gli strati stellari più esterni rimbalzano sul nucleo centrale e vengono scagliati verso l’esterno dando luogo a spettacolari esplosioni dette supernovae. Il nucleo, al contrario, a causa della sua elevatissima densità, genera una forza di gravità così intensa che nulla può opporvisi. L’implosione dunque prosegue finché il raggio diventa minore del raggio di Schwarzschild; a questo punto il nucleo si è trasformato in un buco nero.
Un simile buco nero potrebbe manifestarsi se, ad esempio, facesse parte di un sistema binario, ovvero se orbitasse attorno ad una stella "normale". Questa, allora, apparirebbe muoversi ad alta velocità attorno ad un invisibile compagno in modo che l’elevata forza centrifuga, opponendosi all’intensa gravità del buco nero, eviti la caduta verso quest’ultimo. Inoltre il buco nero è in grado di strappare il gas dalla stella compagna facendolo ricadere su di sé. Durante questo travaso il gas viene portato a temperature di diverse centinaia di milioni di gradi, ed emette raggi X.
Sono state effettivamente osservate binarie, come Cygnus X-1 e A0620-00, la cui emissione X e il cui periodo orbitale indicano la presenza di un buco nero.

Un effetto bizzarro è l’effetto di "rallentamento del tempo" che si verifica nei dintorni di oggetti che esercitano una forte gravità, e in particolare nei pressi di un buco nero. Se lo spazio fosse disseminato da un certo numero di orologi fissi, un osservatore posto vicino ad un astro massiccio, dove la gravità è forte, vedrebbe gli orologi distanti correre più in fretta; al contrario, ad un osservatore lontano, dove la gravità è più debole, gli orologi vicino al corpo celeste sembrerebbero scandire il tempo ad un ritmo più lento.
I gesti di un ipotetico astronauta nei pressi di un buco nero apparirebbero più lenti all’osservatore distante. Ma per l’astronauta non succederebbe nulla di strano e sarebbero piuttosto i movimenti dell’osservatore ad apparirgli accelerati e convulsi. Il rallentamento del tempo è tanto maggiore quanto minore è la distanza dal buco nero. Ad una distanza pari al raggio di Schwarzschild il tempo smette di scorrere. 

Figura 1 - Sistema binario per la formazione di un buco nero. La materia della stella compagna (a sinistra) viene attratta dal buco nero (a destra) attorno al quale orbita in un disco di accrescimento prima di precipitarvi dentro.