La matière tombe rarement directement dans un trou noir. Elle décrit une spirale. À mesure que le gaz et la poussière s'approchent d'un objet massif, la conservation du moment cinétique les aplatit en un disque en rotation. Le frottement entre les particules chauffe le disque à des millions de degrés, et il brille – parfois plus intensément que toute la galaxie environnante.

Des disques d'accrétion se forment autour des trous noirs, des étoiles à neutrons, des naines blanches et des jeunes protoétoiles. Les phénomènes physiques diffèrent selon l'échelle. Autour d'un trou noir stellaire, le disque émet des rayons X. Autour d'une protoétoile, il émet des ondes infrarouges et radio avant que des planètes ne s'y condensent. Le même mécanisme fondamental est à l'œuvre dans les deux cas : la gravité attire la matière vers l'intérieur, et le disque rayonne l'énergie qui ne peut être absorbée.

Les astronomes étudient les disques d'accrétion car ils révèlent la masse et la rotation de l'objet central. Le bord interne du disque autour d'un trou noir se situe sur l'orbite circulaire stable la plus interne, une limite fixée par la relativité générale. La mesure des rayons X émis par cette région permet de tester les équations d'Einstein dans le cadre de la gravité la plus intense possible.