形成
雷達的探測呈現出直徑180公里的希克蘇魯伯隕石坑邊界。希克蘇魯伯隕石坑的形成，據推測是在6500萬年前，與白堊紀-第三紀滅絕事件的年代相吻合。物理學家LuisAlvarezl與其子－地質學家LuisW.Avarez認為此次滅絕事件的禍首即為天體撞擊，證據就是全球年代與之對應的地層中皆有薄黏土層，以及於1970年代時，確認該黏土層的銥含量高達重量的6ppb－地球整體地層的銥金屬含量僅0.4ppb，但隕石可含有470ppb。隕石撞擊造成的灰塵雲在全球沉積，便形成銥含量極高的黏土地層。
發現
1990年代
1990年代早期，一位亞利桑那大學的研究生AlanR.Hildebrand到海地進行K-T沉積物的研究。K-T沉積物混雜了許多粗糙的石塊碎片，可能是由撞擊事件所引發的海嘯沖刷而來；雖然很多地方都能找到這樣的堆積物，但加勒比海地區似乎是這些沉積物的中心點。
希克蘇魯伯隕石坑的重力異常圖Hildebrand在該處的沉積物中找到了高銥金屬含量的棕綠色黏土、石英微粒，以及類似曜岩的玻璃風化物質。Hildebrand與他的指導教授WilliamV.Boynton在科學期刊上發表了研究成果，並推測造成這些沉積物的一定是隕石撞擊事件；而撞擊的地點應該在當地1000公里以內。；但是在加勒比海海域並沒有已知的大型撞擊坑。Hildebrand和Boynton向國際地質學會報告了他們的發現，引起了廣大的注意。證據顯示，撞擊坑的位置應該在哥倫比亞北部，或古巴的西邊。
接著一位休斯頓紀事報（HoustonChronicle）的記者CarlosByars告訴Hildebrand，一名叫做GlenPenfield的地球物理學家於1987年在猶加敦半島北部的地底，發現了可能是隕石坑的痕跡。當年Penfield在墨西哥石油公司（PEMEX，PetróleosMexicanos）擔任空中磁場探測的工作。當他檢視在猶加敦半島北部海域的探測資料時，發現了一個與當地已知地質狀況不吻合的巨大弧形構造，該構造的末端向南部，即海與半島的交界處。隨後他調閱於1960年製作的當地重力分布資料，在半島北端發現另一個弧狀構造，其端點指向北方，這兩個弧剛好組成一個完整的圈，以當地村落Chicxulub為中心，寬度約180公里。
1981年
墨西哥石油公司無法讓Penfield公開明確的資訊，儘管如此Penfield以及他的上司AntonioCamargo還是於1981年的地質學年會發表了他們的研究成果。諷刺的是，由於大多數的與會者都另外參加了一場關於地球撞擊事件的專題討論會，使得當年的地質年會出席率不高，他們的成果也沒有受到重大的矚目。1951年
早在1951年，墨西哥石油公司在當地開鑿了數個研究用鑽井，其中一個井在鑽探到1.3公里的深度時遇到了厚的安山岩層。安山岩會因極度的高溫高壓而形成，隕石撞擊可能會使得安山岩生成，但鑽探當時這項發現被認為是火山錐的構造；儘管當地並沒有其他火山存在的跡象。Hildebrand與Penfield接觸後，另外研究了墨西哥石油公司1951年時於另外兩處鑽井取得的樣本，這些地質樣本都暗示著隕石撞擊；同時其他地質學者在海地進行的地層研究結果，也與撞擊事件相吻合。
1996年
1996年一組加州地區的研究團隊使用衛星影像展開研究。他們發現以Chicxulub為中心，在Penfield發現的環形上分布著陷洞構造，這些下陷的洞或天然井被認為是撞擊坑邊緣的滑動與崩塌所造成的。此後更多的研究，都指出希克蘇魯伯隕石坑確實存在；還有一些研究宣稱該撞擊構造另有一個大坑，直徑300公里；多數人研究的坑體只是小的內坑。撞擊事件
沙皇炸彈的啞彈造成隕石坑的撞擊物體，直徑推測至少有10公里寬，撞擊後完全蒸發，釋出高達4.0×1023焦耳的能量，相當於100兆噸黃色炸藥。人類歷史中最強的人造爆裂物是沙皇炸彈，爆炸威力只有5,000萬噸黃色炸藥；而希克蘇魯伯撞擊事件的能量是沙皇氫彈的200萬倍。科學家估計科羅拉多州的La Garita Caldera火山口是地質歷史中規模最大的火山爆發，威力為1.0×1022焦耳，也遠小於希克蘇魯伯撞擊事件。
效應
希克蘇魯伯撞擊事件會引發大規模海嘯，並使大量高熱灰塵進入大氣層，而撞擊地點會在數秒內被撞擊後再度落下的噴出物覆蓋。撞擊體的碎片與再度落下的噴出物，會造成全球性的火風暴。而極大的撞擊波可能引發各地的地震與火山爆發。撞擊事件會造成大量的灰塵進入大氣層，長時期遮辟陽光，妨礙植物進行光合作用，而在食物鏈上層的草食性動物、肉食性動物也跟著滅亡，造成生態系統的瓦解。撞擊事件也可能造成大量的二氧化碳進入大氣層中，形成明顯的溫室效應。
在2008年2月，德州大學的Sean Gulick等人利用地震學資料，提出該隕石撞擊到的水域，比往常所認定的更深。他們提出這將造成更多的硫酸氣溶膠，嚴重影響氣候，造成更多酸雨。
兩塊玻璃隕石地質學與形態學
在1991年，希爾德布蘭與Penfield等人研究希克蘇魯伯隕石坑的地質特徵與構成。希克蘇魯伯隕石坑覆蓋在地底下方1,000米處，上方覆蓋者泥灰與石灰岩，這些地層最早自古新世形成。希克蘇魯伯隕石坑的下方則是厚達500米的安山岩與角礫岩，在撞擊地點經常發現這些火成岩；還發現常在撞擊地點發現的大量長石與輝石，以及撞擊石英。K-T界線位在地底下600米到1,100米之間；而隕石坑外5公里處的K-T界線，位在地底下約500米處。隕石坑周圍的天然井，顯示該隕石坑撞擊後形成海盆，存在於第三紀時期。這個地下水層會溶解石灰岩層，形成洞穴與天然井。研究人也在海地發現似玻璃隕石證據。
起源
在2007年9月，《自然》的一篇研究提出希克蘇魯伯隕石坑的起源。美國科羅拉多州美國西南研究院的研究人員威廉·波特克與捷克籍科學家David Vokrouhlický、David Nesvorný，利用電腦計算出希克蘇魯伯撞擊事件的可能肇事者。根據他們的模擬計算結果，該隕石坑有90%的可能性是由一個名為巴普提斯蒂娜（298 Baptistina）的小行星所造成的，該小行星直徑接近160公里，目前運行於火星與木星之間；根據推論，在1億6000萬年前，巴普提斯蒂娜小行星被一顆直徑約55公里的未命名小行星撞擊後粉碎，主要的碎片形成巴普提斯蒂娜族小行星帶，而某些碎片則闖入地球的公轉軌道，其中一顆直徑10公里的碎片，在6,500萬年前撞擊了墨西哥尤卡坦半島，形成希克蘇魯伯隕石坑。希克蘇魯伯隕石坑的地質證據顯示高含量的碳，顯示是由碳質球粒隕石撞擊而成，巴普提斯蒂娜族小行星帶就屬於碳質球粒隕石。
滅絕事件
加州大學柏克萊分校的物理學家路易斯·沃爾特·阿爾瓦雷茨、與地質學家沃爾特·阿爾瓦雷茨等人提出恐龍等動物與植物是因撞擊事件而滅亡。根據他們的推測，該次滅絕事件與希克蘇魯伯撞擊事件的發生時期相近，可能是因這個撞擊事件導致而成。他們的理論目前被科學家廣泛地接受。但某些科學家提出異議，例如古動物學家羅伯特·巴克提出這個規模的滅絕事件應該也會使青蛙滅亡，但它們存活下來了。普林斯頓大學的Gerta Keller根據希克蘇魯伯的岩芯樣本，提出希克蘇魯伯撞擊事件發生於滅絕事件之前30萬年，因此不是滅絕事件的主因。
除了隕石坑以外，撞擊事件的證據還有全球各地的K-T界線的薄黏土層。在70年代晚期，阿爾瓦雷茨等人提出該黏土層有高含量的銥。銥含量高達6ppb，而地殼的銥含量僅0.4ppb。而隕石的銥含量達470ppb。隕石撞擊造成的灰塵雲在全球沉降後，便形成銥含量極高的黏土地層。
多重撞擊理論
20世紀90年代以來，在北緯20度至70度之間的地區內，發現了更多與希克蘇魯伯隕石坑同年代的撞擊坑；如英國外海的銀坑隕石坑、烏克蘭的波泰士隕石坑，雖然坑體規模較小，但也有可能是由直徑數十米的物體撞擊所造成。這些發現促成了此一假設：希克蘇魯伯隕石坑時期的K-T滅絕事件，可能系由一連串隕石撞擊而造成。同一時期的疑似撞擊事件還有在印度洋發現的濕婆隕石坑；但此坑狀構造的成因還有許多爭論。1994年，蘇梅克-列維9號彗星撞擊木星的事件，證明彗星受行星潮汐力影響，在撞擊前會分裂成數塊，而這些碎塊會接連撞上行星，導致一連串的撞擊。蘇梅克-列維9號彗星遭木星的潮汐力扯碎，同樣的事在6500萬年前，可能也曾發生在地球附近。
但在2006年晚期，明尼蘇達-哥倫比亞大學的地質學家KenMacLeod所完成的分析卻支持單一撞擊理論；他研究了距離希克蘇魯伯隕石坑4500公里的海底土壤與沉積物組成，而分析的結果顯示地層中僅有一層撞擊沉積物；在遠達4500公里的距離仍未發現其他撞擊造成的沉積物，表示同時期應該只有發生過一次撞擊事件。
然而支持多重撞擊理論的GertaKeller並不以為然；路透社曾報導其看法：“可惜的是，這種主張過於誇大，也經不起詳細的檢驗”。
