Hawking bekerja sama dengan pakar kosmologi Roger Penrose dan mendemonstrasikan Teori Relativitas Umum Albert Einstein yang menunjukkan bahwa ruang angkasa dan waktu dimulai pada kelahiran alam semesta dan berakhir dengan lubang hitam. Memadukan teori Einstein dan teori kuantum, Hawking menemukan bahwa lubang hitam tidak diam saja. Lubang hitam justru berdesis, mengeluarkan radiasi dan partikel, sebelum akhirnya meledak dan menghilang. Ketika menyadari hal ini, Hawking sendiri sempat tidak memercayainya.
Namun, semua kalkulasinya kembali ke hasil yang sama. Baca juga: Meski Idap ALS, Stephen Hawking Mampu Bertahan 55 Tahun dan Punya Anak Hasil tersebut kemudian dipublikasikan pada 1974 dalam artikel berjudul “Ledakan Lubang Hitam?” di jurnal Nature dan memunculkan konsep baru bernama radiasi Hawking.
Pada 2014, Hawking merevisi teorinya dan menyatakan bahwa lubang hitam tidak ada, setidaknya lubang hitam yang kita kenal secara tradisional. Dalam teori baru yang kontroversial ini, Hawking tidak mengakui adanya horizon peristiwa atau batas lubang hitam. Sebaliknya, dia berkata lubang hitam memiliki horizon yang akan berubah menurut perubahan kuantum.
Selain itu, Hawking juga mengklaim bahwa alam semesta ini tidak memiliki batas. Walaupun jumlah planetnya terbatas, seseorang bisa mengelilingnya tanpa batas dan tidak akan pernah bertemu dinding. Dalam media populer Selain seorang ilmuwan, Hawking juga penulis buku populer. Buku pertamanya yang dipublikasikan pada 1988 dengan judul A Brief History of Time telah terjual lebih dari 10 juta kopi.
Dalam buku tersebut, Hawking mencoba mengomunikasikan pertanyaan-pertanyaan tentang kelahiran dan kematian alam semesta. Selain A Brief History of Time, Hawking juga menulis berbagai buku nonfiksi untuk masyarakat awal dengan judul A Briefer History of Time, The Universe in a Nutshell, The Grand Design, dan On the Shoulder of Giants.
