不将他的博士论文专注于研究稳恆态理论。在1964年6月，霍金在一次演讲中公开挑战弗雷德·霍伊尔与他的学生的研究，开始建立一个才华横溢和自以为是的声誉。1965年，贝尔实验室的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊测量到宇宙背景辐射，彻底摧毁了稳恆态理论。罗杰·潘洛斯于1965年提出黑洞中心的时空奇点的理论，霍金因此得到启发，把同样的想法应用于整个宇宙当中，并且逆转时间方向，他把这个论题作为他所撰写的博士论文《宇宙膨胀的性质》的研讨题目，论文在1966年被学院批准通过。同年，他获得了冈维尔与凯斯学院研究生奖学金。