从1979年至2009年，霍金担任卢卡斯数学教授，他的主要研究领域包括宇宙论和黑洞。他证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，并提出了黑洞蒸发理论以及无边界的霍金宇宙模型。这些工作在统一20世纪物理学的两大基础理论——相对论和量子力学方面取得了重要进展。1988年，霍金的科普巨著《时间简史：从大爆炸到黑洞》出版，该书从研究黑洞出发，探讨了宇宙的起源和终结。尽管书中内容深奥，但它被翻译成40多种语言，全球销量超过1000万册。这本书因触及历来只有神学才能解答的问题而广受欢迎，例如时间是否有始有终，空间是否有边有际。2001年10月，霍金的另一部作品《果壳中的宇宙》出版。这本书是《时间简史》的续篇，通过相对简化的解释和丰富的图解，向读者介绍了宇宙的起源。