Stephen Hawking không tạo ra bất kỳ phát minh vật lý nào, nhưng ông đã đưa ra một số lý thuyết sâu sắc về vũ trụ học. Ông đã phát triển các lý thuyết về lỗ đen, bao gồm cả định luật thứ hai, tuyên bố rằng một lỗ đen không bao giờ giảm diện tích bề mặt theo như vật lý cổ điển có liên quan. Định luật này cho thấy rằng các lỗ đen rất nóng.
Hawking cũng đưa ra lý thuyết về khái niệm "không có lông" về lỗ đen, đặc trưng cho các lỗ đen bằng khối lượng, mô men động lượng và điện tích của chúng. Ông đã sử dụng lý thuyết lượng tử để chỉ ra rằng một lỗ đen có thể biến mất và nó phát ra nhiệt, trái ngược với niềm tin trước đó rằng không có gì có thể thoát ra khỏi một lỗ đen. Ông cho rằng sẽ mất nhiều thời gian hơn tuổi của vũ trụ để một lỗ đen có cùng khối lượng với mặt trời biến mất. Lý thuyết của ông cho rằng một khi một lỗ đen phát triển, nó sẽ tỏa ra năng lượng và bắt đầu giảm khối lượng. Bức xạ không cung cấp thông tin về nội dung của một lỗ đen, và một khi lỗ đen biến mất, tất cả thông tin sẽ bị mất. Hawking là người đầu tiên chỉ ra cách các thiên hà có thể hình thành từ các dao động lượng tử. Ông cũng cố gắng phát triển một lý thuyết lượng tử về lực hấp dẫn áp dụng cho các lỗ đen. Các ấn phẩm của Hawking bao gồm “Lược sử thời gian: Từ Vụ nổ lớn đến Hố đen” và “Vũ trụ của Stephen Hawking: Giải thích về vũ trụ”.
