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在大众眼中，索恩最为震惊世人也最富争议性的理论就是“虫洞在填充满奇异物质的前提下，可以作为时间旅行的工具”，但是他事实上更是当今引力物理与相对论天体物理学领域的集大成者，在黑洞、虫洞、引力波等广义相对论主题的研究上作出了极大的贡献。尤其是在引力波方面，他无疑是世界权威之一。
引力波是探测黑洞和虫洞的一种波动，但它非常难以测量，因为它到达地球时已经变得非常弱。为了探测引力波微小的长度变化，索恩发起了激光干涉引力波天文台（LIGO）计划。长久以来，索恩为LIGO这一项目提供了尽可能多的理论支持，为研发新一代引力波探测器技术作出了贡献。
索恩还曾就“黑洞”与霍金有过3次著名的“科学赌博”。第一次是1965年对于天鹅座X-1是否为第一个黑洞的争辩，霍金持反对意见，但1996年，答案揭晓，霍金是错的，愿赌服输地为索恩订阅了4年的成人杂志《阁楼》。第二次索恩与著名物理学家约翰·普雷斯基尔站在同一战线上与霍金对赌，他们赌的是宇宙中到底存不存在裸奇点，霍金认为不存在，但是又输了，输给了索恩和普雷斯基尔一件绣有认输信息的T恤衫。第三次霍金要求更新赌局，他断言黑洞会彻底抹杀信息，结果却输了，原赌注是一本《棒球百科全书》，但霍金说这本书太难找了，所以用一本《板球百科全书》代替。