Un trou blanc (aussi appelé fontaine blanche) est un objet théorique susceptible d'exister dans l'univers, mais considéré comme hautement spéculatif et vraisemblablement sans réalité physique. Il est décrit par certaines solutions mathématiques de type trou noir dans lequel des géodésiques sont issues d'une singularité gravitationnelle ou d'un horizon.
D'ordinaire, un trou noir est caractérisé par une région dans laquelle une géodésique peut pénétrer sans pouvoir en sortir. La limite de cette région est appelée, pour des raisons évidentes, l'horizon. Mathématiquement, un trou noir peut être vu comme un certain type de solution aux équations de la relativité générale (les équations d'Einstein). La solution la plus simple de ces équations représente un trou noir éternel. Cette solution a été trouvée par le physicien allemand Karl Schwarzschild en 1916 et porte son nom (trou noir de Schwarzschild). Cette solution décrit un trou noir éternel et est statique. Ainsi, s'il existe des trajectoires décrivant un objet pénétrant dans le trou noir, il doit nécessaire exister des trajectoires semblables obtenues par renversement du temps. De telles trajectoires correspondent donc nécessairement à une configuration où la trajectoire est issue d'une région enveloppée par un horizon et sort de celui-ci. Un trou noir de Schwarzschild comprend ainsi deux types d'horizon : un horizon « futur » englobant une singularité gravitationnelle et décrivant un trou noir (c'est-à-dire une région que l'on ne peut quitter une fois que l'on y a pénétré), et un horizon « passé », délimitant une région dans laquelle il est impossible de rester et dont on ne peut que sortir. Cette région est appelée trou blanc.
Un trou blanc ne doit pas être confondu avec la solution de Schwarzschild possédant une masse négative. Cette solution, qui est très probablement physiquement irréaliste, décrit une singularité nue (de masse négative) et ne possède pas d'horizon qui délimiterait différentes régions de l'espace-temps.
Selon le type de solution de type trou noir considéré, il existe plusieurs types de trous blancs. Dans le cas du trou noir de Schwarzschild évoqué ci-dessus, une géodésique sortant d'un trou blanc est issue de la singularité gravitationnelle qu'il contient. Dans le cas d'un trou noir possédant une charge électrique (trou noir de Reissner-Nordström) ou un moment cinétique, alors le trou blanc se trouve être la « porte de sortie » d'un trou noir existant dans un autre univers. Une telle configuration trou noir-trou blanc est appelée trou de ver. Dans les deux cas, cependant, il n'est pas possible d'atteindre la région située « dans » le trou blanc, aussi le comportement de celui-ci — et, en particulier, ce qui peut en sortir — est totalement impossible à prévoir. En ce sens, un trou blanc est une configuration dans laquelle l'évolution de l'univers ne peut être prédite car n'est pas déterministe. Une singularité nue est un autre exemple de configuration non déterministe, mais n'a cependant pas le statut de trou blanc, car il n'existe pas de région inaccessible depuis une région donnée. Dans sa conception basique, le Big Bang peut être vu comme une singularité nue, mais ne correspond pas à un trou blanc.
Dans son mode de formation, un trou noir est issu d'un résidu d'étoile massive dont le cœur se contracte jusqu'à se transformer en trou noir. Une telle configuration n'est pas statique : on part d'un corps massif et étendu qui se contracte pour donner un trou noir. Le trou noir n'existe donc pas de toute éternité, et il n'y a pas de trou blanc correspondant.
Pour être en mesurer d'exister, un trou blanc doit soit être issu d'un processus physique menant à sa formation, soit être présent dès la création de l'univers. Aucune de ces solutions n'apparait satisfaisante : il n'existe aucun processus astrophysique connu pouvant mener à la formation d'une telle configuration, et l'imposer dès la création de l'univers revient à supposer un jeu de conditions initiales très spécifique qui ne possède pas de motivation concrète. Aussi l'existence des trous blancs semble-t-elle difficile à envisager. Il a cependant été proposé que des trous blancs puissent exister, cela pour expliquer la luminosité extrême de certains objets astrophysiques, les quasars. Au vu des quantités énormes rayonnées par ces objets, dont la luminosité rend possible l'observation depuis plusieurs milliards d'années-lumière de distance, il avait été supposé qu'ils puissent être le siège de phénomènes physiques exotiques comme un trou blanc, ou un phénomène de création continue de matière (voir Théorie de l'état stationnaire). Ces idées sont aujourd'hui abandonnées, les propriétés observées des quasars étant très bien expliquées par celle d'un disque d'accrétion au centre duquel se trouve un trou noir supermassif.