在研究學習期間，霍金得了一種怪病，是一種運動神經細胞病。這種病使行為本來就不靈活的霍金更加笨拙，而且這種病迅速惡化。霍金非常苦惱，以至于他認為自己活不了多久了。然而，霍金并未放棄正常人的工作學習和生活，而且他在這時結婚了，5年后他成了3個孩子的父親。

患病的霍金依然如故，甚至更加勤奮。他曾夢到自己被處死了，由此他希望，"如果我被赦免，我還能做許多有價值的事"。他認為，"我要犧牲自己的生命來拯救其他人"，要做點兒善事，以回報社會對他的恩惠。 勤奮的工作使霍金取得了很大的成績，他以黑洞的研究成名于物理學界。黑洞是一種體積很小、質量很大的天體，也就是說，它的密度很大。這種天體是一種從理論上推測出來的天體。 早在200年前，一位法國科學家提出了黑洞的問題。他認為，滿足一定條件的恒星，在引力的作用下會吸住自身發出的光線，而使我們看上去它是"黑暗的一團"。然而，這種科幻般的預言并未受到人們的重視。愛因斯坦建立廣義相對論時，一位德國科學家借助廣義相對論重新預言了黑洞的存在。他發現，質量等于太陽質量大小的黑洞，其直徑只有2.95千米;而相當于地球質量的黑洞，直徑只有0.9厘米了。到20世紀30年代末，一位美國科學家研究恒星演化時，再次研究黑洞問題。他認為，在恒星燃盡時，在引力的作用下，恒星會無休止地坍縮下去，最終就形成了黑洞。