恆星以高溫來抵抗引力收縮，但當其物質融合成鐵，鐵的核束縛能最小，聚變再也無法產生能量，反而要加入能量，才能融合成更重的物質。因此，鐵以上的重元素只能通過裂變方式，才能產生能量。到這時候，恆星抗拒不了引力收縮，會開始坍塌。

坍塌的結局則視乎恆星的質量。

太陽的質量是2×10²⁰千克，當恆星的質量是太陽的4倍至8倍，因核聚變產生的離心力便會突然消失，令它發生大爆炸，名為「超新星爆發」。極高的溫度令原子再度融合，爆炸的過程把大量的物質拋出星體之外。在宇宙，所有比鐵重的元素都是經由此過程產生，我們在地球見到的重元素，其實是星體死亡後的殘骸。

星體的一生不斷減少質量，核聚變是一項，超新星爆發又是另一項。所謂的「Chandrasekar’s Limit」，指的是超新星爆發後—或質量不足以引發爆發—剩餘質量在太陽1.4倍以下的恆星，將會收縮成為地球大小的「白矮星」，當它剩餘的能量也幅射殆盡，便不再發光，又冷又暗的「黑矮星」是它們的最後下場。太陽系有一成的恆星將會變成白矮星，包括太陽在內，但這是50億年後的事，而由白矮星變成黑矮星，也需要數十億年。

比較大質量的恆星，即是坍塌前質量在太陽質量1.4倍至3倍，這質量下的重力大於質子和電子的電磁斥力。因此，質子和電子會簡併成一起，變成中子，由於中子不帶電荷，互相不帶斥力，因此可以更緊密，星球遂變成了由中子組成的「中子星」，密度高達到每米3重1.5×10¹⁵千克。如果重力再大，中子的內部結構也不能維持，分解成為夸克，是為夸克星。

至於坍塌前質量達到太陽的3倍以上的恆星，則連中子也不能抵抗其引力坍塌，質量將塌陷成一點，正如牛頓力學理論所言，引力作用與距離成反平方比，距離中心點越近，引力以平方級數上升。理論上，在到達最中心的一點時，距離 = 0，結果一定是引力 = ∞，這引力無限大的點稱為「奇點」，是數學概念的點，它是不佔空間的，這就是「黑洞」。當然，數學只是模擬，在真實的宇宙，無限小的奇點不可能存在，物理學的計算常常出現無限大，研究人員無奈只能使用一種叫「重正化」的做法，即是把兩個無限大符號互相對消。在數學上，這是荒謬的，因為無限大不能互相對消，但在實際應用上，倒還真管用。奇點是令物理學家頭疼極了的概念，大名鼎鼎的霍金則引入了更複雜的概念，稱為「虛數時間」。它證明奇點並不存在，但這想法仍未被普遍承認為主流。

正如創造出「黑洞」這名詞的John Wheeler所言：「黑洞無毛」。當物體成為黑洞，光跑不出來，原來的信息也喪失殆盡，你不可能知道它在成為黑洞之前，究竟是核電廠、太空船，還是星體，也可能它只是一個垃圾場。黑洞唯餘的信息只有三項：質量、電荷、角動量。空間和時間將喪失其本質：時間變成無限，空間變成零，溫度是2×10^-8，與絕對零度差不了多少。

物質能成為黑洞與否，端賴其是否到達了「Schwarschild radius」這臨界點。當它的質量和密度比例到達了「Schwarschild radius」﹕r = 2GM/c²，便將變成黑洞。地球的Schwarschild radius是0.9厘米、太陽的是3千米 — 這表示，如果把地球壓縮成半徑0.9厘米，把太陽壓縮成半徑3千米，兩者將變成黑洞。幸運地，這種壓縮需要極大的能量，現在的宇宙並不具備這種條件。但在宇宙的初期，那時的空間比現在小很多，物質靠得很近，引力作用也很大，不排除那時會產生了大量的微型黑洞。