Os buracos negros só podem ser detectados indiretamente, através do campo gravitacional, que é exercido a grandes distâncias. Pode-se detectá-las também pelos efeitos do buraco negro em uma estrela, um sistema de estrelas ou por estrelas duplas.
Estrelas duplas são sistemas em que 2 estrelas giram ao redor de um mesmo campo gravitacional. Há hipóteses de que as companheiras invisíveis dos sistemas duplos sejam buracos negros. Por exemplo, o sistema Epsilon Aurigae, onde a estrela visível é uma supergigante de 20 a 40 massas solares. A cada 27 anos, essa estrela sofre um eclipse que dura 2 anos e reduz seu brilho. Por isso acredita-se que o objeto ocultador é um buraco negro, e que o disco de poeira deste é que encobre a estrela. Portanto, um buraco negro é a melhor explicação.
