霍金黑洞蒸发现象是基于“霍金辐射”理论而产生的。在解释他的这一理论之前，我们需要先了解和明确一个与之密切相关的理论——爱因斯坦的广义相对论。
广义相对论的理论在于描述物质之间引力的相互作用，它包含两个基本原理：等效原理（惯性力场和引力场的动力学效应是局部不可分辨的，即可以假设引力和惯性力是等效的）和广义相对性原理（所有的物理定律在任何参考系当中都取相同的形式）。根据广义相对论的预言和理论，爱因斯坦提出，由一维时间和三维空间所组成的四维当中，在这局部的惯性系之内不存在引力，而在任意的参考系内则存在引力。引力引起时空的弯曲，时空的弯曲结构和强度则取决于物质能量和动量的密度在时间和空间中的分布，反过来，时空的弯曲结构决定了物体的运动轨道。基于广义相对论，引力是时空弯曲的一种结果和效应，而决定曲率的则是物质的质量。也就是说，相同体积的物质，质量越大，那么这一物质边界所导致的时空曲率就越大。一个有质量的物质在时空当中运动，在特定环境之下，这一物质加速运动能够使曲率产生变化，并且以波的形式从辐射源向外以光的速度传播能量，这种传播现象就被称为“引力波”。
在广义相对论中，时空的曲率无线大。基于广义相对论，人们通过计算机模拟一颗恒星坍塌，结果这一恒星浓缩为黑洞并释放出引力波。这一过程预言了黑洞的存在。
黑洞，是指一颗星体体积足够小、质量足够大时，它的引力使得时空中的一块区域出现极端扭曲，产生强大的引力，以至于光都无法逃脱和穿越。现代广义相对论中，黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体。
具体而言，黑洞就是一个中心密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点，它的周围是一部分处于真空状态的天区。在这个区域之内，一切的范围凑不可见。根据广义相对论，黑洞产生的具体过程是这样的：一颗恒星有自己的生命周期，当它的能量渐渐消失，即将寿终正寝时，它会在自身重力的作用下不断压缩、坍塌、最终爆炸。它不断压缩——包括时间和空间——成为一个体积无限小的奇点，而质量不会改变，最终成为黑洞。由于高质量所产生的引力，它会吞噬掉周围所有的光线和任何物质，黑洞是由质量高于太阳几十甚至几百倍的恒星演化而来的。
1974年，霍金发现了黑洞的蒸发现象，这一现象的发现则是基于广义相对论所创立的量子理论。量子力学理论当中，能量为零的状态是不存在的，真空并非意味着没有任何场、粒子和能量，不过是一种能量最低的状态，而不是真正意义上的“真空”。之所以如此，是由于质量与能量的等价性，真空中的能量涨落就可以导致基本粒子的生成。根据能量守恒定律，每一种基本粒子的生成都会出现一种与之对应的反粒子，二者相遇，就会相互抵消，将质量转化为能量。同样，一定的能量也可以看作正反一对粒子，这样，就所谓真空而言，也意味着没有任何的粒子产生和消灭，这就是量子真空的状态。霍金发现，在每个微黑洞周围，量子真空会被它周围的强引力场所极化，这就意味着黑洞在通过黑体辐射释放出粒子，即是霍金辐射，并有可能通过这种机制导致黑洞最终蒸发。
人们发现黑洞，往往是因为黑洞周围的气体能够产生辐射。这是天体物理中的一个普遍过程，叫作“吸积”。例如恒星是由气体云在其自身的引力作用下碎裂塌缩，进而通过吸积而形成。黑洞也是如此，它会吸积靠近它的一切物质，除此之外，霍金发现黑洞还会向外辐射粒子。
我们一般认为，任何物质都是不能从黑洞中逃脱出来的，但是霍金结合广义相对论和量子理论发现，黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。
根据德国著名物理学家，量子力学的主要创始人维尔纳·卡尔·海森堡的不确定性原理，黑洞周围的量子真空状态下，一对正反粒子在任何地点、时刻都有可能产生，这对粒子产生后会面临四种命运：第一，两个粒子相遇、湮灭；第二，反粒子被黑洞吸收，基本粒子正粒子成功逃脱；第三，正粒子被黑洞捕获，反粒子逃逸；第四，两颗粒子同时被黑洞吸收。根据能量守恒定律，能量不能凭空创生，逃走的粒子携带着被吸入黑洞中的粒子的能量——这也可以理解为一个反粒子被吸入黑洞，就相当于一粒基本粒子从黑洞中逃走。这样，就意味着黑洞的总能量减少了。霍金计算了这四种情况发生的概率，结果发现第二种情况最为常见。据爱因斯坦的公式E=mc2，能量的减少会导致黑洞质量的损失。由于黑洞有倾向地捕获反粒子，导致相同数量的正粒子逃逸，黑洞自发地损失了能量，也就是损失了质量。这样，随着黑洞能量的损失，黑洞的质量会越来越小。由于微黑洞的尺度与基本粒子相当，能量的“跃迁”可能足以使粒子运动一段大于视界半径的距离，其结果就是粒子逃出，在外部观测者看来，黑洞在蒸发，即发出粒子流。
此外，霍金在计算当中还有一个非常重要的发现：黑洞的质量和温度、辐射成反比关系，即黑洞的质量越大，温度越弱，辐射越低。霍金的计算还有一个重要发现：黑洞的质量越小，温度越高，辐射越强。所以可以得知，粒子流只有对微小的黑洞才会有特殊的影响，对于那些巨型的黑洞，发射粒子的过程则非常缓慢，相当于蒸发。这一过程有可能超越宇宙的年龄，只是假设宇宙的寿命足够长，那么这些巨型黑洞最终还是会被蒸发掉。也就是说，黑洞在吞噬一切，包括自己。