黑洞本身是无法直接观测到的，但科学家们可以通过一些间接的方法来印证黑洞是否存在。其中最为主要的一种方法就是观察黑洞对于周围环境所产生的影响。当气体恒星或者是其他天体靠近黑洞时就会受到黑洞的引力影响，产生独特的运动轨迹。通过对这些运动轨迹进行分析，科学家们就可以推测出黑洞是否真的存在以及黑洞的性质。物质一旦被黑洞吸引，在物质的边缘就会形成高压高温的环境，释放出强烈的Y射线和X射线，这些射线为黑洞的存在提供了间接的证据。
引力波的探测也可以证实黑洞的存在，引力波是时空曲率振动所产生的波动，宇宙当中，当两个致密的天体合并时，就会释放出强烈的引力。LIGO探测器在2015年首次成功探测到了两个黑洞合并的引力波信号，这个信号的发现就证实了黑洞的存在。

全球多个射电天文台组成的事件视界望远镜在2019年曾经发布一张黑洞的照片，这是人类有史以来所拍摄的第1张黑洞的照片，在这张照片当中有一个巨大的暗斑，周围围绕着明亮的一圈光环，这张照片所展示的就是黑洞。这张照片的公布为黑洞的存在提供了实际的证据。