Các nhà khoa học biết đến hố đen thông qua đài quan sát X-Chandra. Thực chất không thể quan sát hố đen mà phải thông qua những hiện tượng xung quanh, những vùng không gian hố đen đi qua, cuốn phăng các ngôi sao và đám bụi khí, xoáy vào vùng không gian vô tận.
Các ngôi sao và vật thể lân cận sau đó nóng lên hàng triệu độ, phát ra tia X. Theo thuyết tương đối của Einstein, trọng lực có thể uốn cong không gian, vùng không gian hố đen đi qua sẽ tạo hình ảnh bị uốn cong trên kính thiên văn. Dựa vào hình ảnh ghi nhận được, các nhà thiên văn xác định vị trí hố đen.
Quan sát cho thấy có nhiều hố đen tồn tại, thậm chí chúng xuất hiện sớm hơn sự ra đời của các ngôi sao và thiên hà.
