तारों के अवसान पर चंद्रशेखर का कार्य जग प्रसिद्ध है। हॉकिंग ने डॉ. रोजर पेनरोज (ब्रिटिश भौतिकशास्त्री) के साथ मिलकर एक शोध पत्र तैयार किया जिसमें इस समस्या पर विचार किया गया कि आखिर उस समय क्या होता है जब विशालकाय तारों की चरम परिणति ब्लैकहोल के रूप में होती है। आइंस्टाइन के सापेक्षवाद में भी कुछ ऐसा ही अनुमान लगाने की चेष्टा की गई थी। हॉकिंग ने निष्कर्ष दिया कि तारों का अवसान एक अत्यंत सघन बिंदु के रूप में आकर एकत्र होना चाहिए। इस बिंदु पर घनत्व असीम होगा, जहां भौतिकी के सारे नियम समाप्त हो जाएंगे। हॉकिंग ने ही सबसे पहली बार निष्कर्ष दिया था कि ब्लैक होल पूरी तरह काले नहीं होते। इन्हें काला इसलिए समझा गया कि अपने प्रबल गुरुत्वाकर्षण के नाते ये अपने चारों ओर की द्रव्यराशि को अपने में समाहित कर लेते हैं।