蒸発
古典物理学においては、ブラックホールはただひたすら周囲の物体を呑み込み質量が増大してゆくだけである。しかし、一般相対性理論に量子論を加えた理論を開拓したことで知られるホーキングは、ブラックホールから物質が逃げ出して最終的にブラックホールが蒸発する可能性を指摘した。その理論は以下の通りである。
量子力学ではエネルギーと時間は不確定性関係にあり、時空の微小な領域で粒子と反粒子の対生成・対消滅が絶えず起こっているとされる。ブラックホールの地平面の近傍でこのような仮想粒子対が生成すると、それらが対消滅する前に、片方の粒子（反粒子）がブラックホールの地平面内に落ち込み、もう一方の反粒子（粒子）が遠方へ逃げ去ることがある。反粒子（粒子）の運動は粒子（反粒子）が時間軸をさかのぼって運動していることと等価なので、粒子（反粒子）がブラックホールから時間軸をさかのぼりながら地平面に達し、地平面を通り抜けると時間軸を下りながら運動するとみなせる。すなわち粒子がブラックホールから地平面を通り抜けて飛び出してきたように見える。
この粒子の放出はブラックホールの地平面上で確率的に起こるため、巨視的にはブラックホールがある温度の熱放射で光っているように見える。これをホーキング輻射と呼ぶ。この輻射によってエネルギーを失うと（エネルギーは質量なので）ブラックホールの質量は減少する。ホーキング輻射の温度はブラックホールの質量に反比例するため、通常の恒星質量程度のブラックホールではこの効果は無視できるほど小さい。しかし、陽子質量ぐらいの微小なブラックホールではこの量子効果は無視出来ない。ホーキング輻射で質量が減るとさらにこの効果が強く働いて輻射の強度が増え、加速度的に質量とエネルギーを失い、最後には爆発的にエネルギーを放出して消滅する。これがブラックホールの蒸発である。この蒸発の最後のプロセスがガンマ線バーストとして観測されるとする説もある。我々の宇宙が閉じた系でない限り、極めて長い時間の間には全てのブラックホールは蒸発すると考えられている。
一方で、このようにブラックホールの蒸発が起こるとすると、次のようなパラドックスが生じる。質量Mのブラックホールに質量mの物体が吸い込まれた後、ホーキング輻射によってブラックホールが質量を失って再び質量Mに戻るという過程を考える。ここで、ホーキング輻射は完全な熱放射であるため、その輻射は各時点でのブラックホールの質量から決まる温度以外に全く特徴がない。よって、最初に吸い込まれた質量mの物体がトマトであってもオレンジであっても、最終状態は「質量Mのブラックホール+質量m分の光子」という全く同じ状態になる。つまり吸い込まれた物体についての情報は完全に失われてしまう。しかしこれでは初期状態が異なっているにもかかわらず同じ最終状態に達することになり、量子力学の時間発展のユニタリ性と矛盾する。このパラドックスは「ブラックホールの情報喪失問題」と呼ばれて長年議論されてきた。
これについて、2004年7月21日にホーキングは「ブラックホールに吸い込まれた物質が持っていた情報はブラックホールの蒸発に伴って何らかの形でホーキング輻射に反映され、外部に出てくる」という新説を発表し、従来の自説を修正した。