希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub Crater），位于墨西哥尤卡坦半岛发现的陨石坑撞击遗迹，曾经是地球最大的陨石坑（发现最大的陨石坑是在数百万年厚重的冰床下面发现的有史以来最大的陨石坑：威尔克斯地陨石坑，这个宽为483公里的陨石坑有2.5亿年的历史了）。

希克苏鲁伯陨石坑的形成，据推测是在6500万年前，与白垩纪-第三纪灭绝事件的年代相吻合。物理学家Luis Alvarezl与其子－地质学家Luis W. Avarez认为此次灭绝事件的祸首即为天体撞击，证据就是全球年代与之对应的地层中皆有薄黏土层，以及于1970年代时，确认该黏土层的铱含量高达重量的6ppb－地球整体地层的铱金属含量仅0.4ppb，但陨石可含有470ppb。陨石撞击造成的灰尘云在全球沉积，便形成铱含量极高的黏土地层。

早在1951年，墨西哥石油公司在当地开凿了数个研究用钻井，其中一个井在钻探到1.3公里的深度时遇到了厚的安山岩层。安山岩会因极度的高温高压而形成，陨石撞击可能会使得安山岩生成，但钻探当时这项发现被认为是火山锥的构造；尽管当地并没有其他火山存在的迹象。

Hildebrand与Penfield接触后，另外研究了墨西哥石油公司1951年时于另外两处钻井取得的样本，这些地质样本都暗示着陨石撞击；同时其他地质学者在海地进行的地层研究结果，也与撞击事件相吻合。

墨西哥石油公司无法让Penfield公开明确的资讯，尽管如此Penfield以及他的上司Antonio Camargo还是于1981年的地质学年会发表了他们的研究成果。讽刺的是，由于大多数的与会者都另外参加了一场关于地球撞击事件的专题讨论会，使得当年的地质年会出席率不高，他们的成果也没有受到重大的瞩目。

1990年代早期，一位亚利桑那大学的研究生Alan R. Hildebrand到海地进行K-T沉积物的研究。K-T沉积物混杂了许多粗糙的石块碎片，可能是由撞击事件所引发的海啸冲刷而来；虽然很多地方都能找到这样的堆积物，但加勒比海地区似乎是这些沉积物的中心点。

Hildebrand在该处的沉积物中找到了高铱金属含量的棕绿色黏土、石英微粒，以及类似曜岩的玻璃风化物质。Hildebrand与他的指导教授William V. Boynton 在科学期刊上发表了研究成果，并推测造成这些沉积物的一定是陨石撞击事件；而撞击的地点应该在当地1000公里以内。；但是在加勒比海海域并没有已知的大型撞击坑。Hildebrand和Boynton向国际地质学会报告了他们的发现，引起了广大的注意。证据显示，撞击坑的位置应该在哥伦比亚北部，或古巴的西边。

接着一位休斯顿纪事报（Houston Chronicle）的记者Carlos Byars告诉Hildebrand，一名叫做Glen Penfield的地球物理学家于1987年在尤卡坦半岛北部的地底，发现了可能是陨石坑的痕迹。当年Penfield在墨西哥石油公司（PEMEX，Petróleos Mexicanos）担任空中磁场探测的工作。当他检视在尤卡坦半岛北部海域的探测资料时，发现了一个与当地已知地质状况不吻合的巨大弧形构造，该构造的末端向南部，即海与半岛的交界处。随后他调阅于1960年制作的当地重力分布资料，在半岛北端发现另一个弧状构造，其端点指向北方，这两个弧刚好组成一个完整的圈，以当地村落Chicxulub为中心，宽度约180公里。

1996年一组加州地区的研究团队使用卫星影像展开研究。他们发现以Chicxulub为中心，在Penfield发现的环形上分布著陷洞构造，这些下陷的洞或天然井被认为是撞击坑边缘的滑动与崩塌所造成的。此后更多的研究，都指出希克苏鲁伯陨石坑确实存在；还有一些研究宣称该撞击构造另有一个大坑，直径300公里；多数人研究的坑体只是小的内坑。

造成陨石坑的撞击物体，直径推测至少有10公里宽，撞击后完全蒸发，释出高达4.0×10^23焦耳的能量，相当于100万亿吨黄色炸药（95.465万亿吨TNT当量）。人类历史中最强的人造爆裂物是沙皇氢弹，爆炸威力只有5,000万吨黄色炸药；而希克苏鲁伯撞击事件的能量是沙皇氢弹的200万倍。科学家估计科罗拉多州的拉加里塔火山是地质历史中规模最大的火山爆发，威力为1.0×10^22焦耳（2.39万亿吨TNT），远小于希克苏鲁伯撞击事件，1.33亿年前地球史上火山最大规模爆炸案件能量也不过有23000亿吨TNT，希克苏鲁伯陨石是更强大的44倍。

研究人员通过找到撞击坑内的陨石尘埃这一关键证据，明确地将恐龙的灭绝与6600万年前撞向地球的行星联系起来。这项研究是2016年国际大洋发现计划的最新成果，该计划由美国得克萨斯大学奥斯汀分校联合牵头。

希克苏鲁伯撞击事件的地点是墨西哥湾的浅海，撞击会掀起大规模的海啸，并喷射出大量的高热灰尘进入大气层，而撞击地点会在数秒内被撞击后再度落下的喷出物覆盖。撞击体的碎片与撞击产生的喷出物喷射出大气层后，来不及冷却就会落回地球，便会造成全球性的火风暴和火雨，引发森林火灾。而极大的撞击波传入地下，会在全球各地引发地震与火山爆发。撞击波穿透地球后汇集至对跖点，会加剧附近印度大陆的德干暗色岩事件，使德干高原的岩浆喷发量剧增，达到了喷发的最大值。撞击事件和火山爆发会造成大量尘埃进入大气层，遮蔽阳光，妨碍植物进行光合作用，而在食物链上层的草食性动物、肉食性动物也跟着灭亡，造成生态系统的瓦解。撞击点的岩层为富含石油的硬石膏沉积岩，在撞击力下会喷射出大量的硫磺和石油，并释放大量热量加剧爆炸的威力，而硫酸和石油气溶胶会沿着平流层扩散，形成一个厚重的油烟层覆盖住地表，使太阳的热量无法传递到地表。硫酸气溶胶相比于尘埃更难消散，对阳光的反射力更强，能够造成漫长的全球降温，产生核冬天效应。大气中的硫酸也会形成酸雨落到地表，腐蚀森林，使海洋酸化，导致海洋浮游植物和藻类的大量死亡。撞击事件及其引起的火山爆发也能造成大量二氧化碳进入大气层，在核冬天过后形成明显的温室效应。

在2008年2月，德州大学的Sean Gulick等人利用地震学资料，提出该陨石撞击到的水域，比往常所认定的更深。他们提出这将造成更多的硫酸气溶胶，严重影响气候，造成更多酸雨。

在1991年，希尔德布兰与Penfield等人研究希克苏鲁伯陨石坑的地质特征与构成。希克苏鲁伯陨石坑覆盖在地底下方1,000米处，上方覆盖着泥灰与石灰岩，这些地层最早自古新世形成。希克苏鲁伯陨石坑的下方则是厚达500米的安山岩与角砾岩，在撞击地点经常发现这些火成岩；还发现常在撞击地点发现的大量长石与辉石，以及撞击石英。K-T界线位在地底下600米到1,100米之间；而陨石坑外5公里处的K-T界线，位在地底下约500米处。陨石坑周围的天然井，显示该陨石坑撞击后形成海盆，存在于第三纪时期。这个地下水层会溶解石灰岩层，形成洞穴与天然井。研究人也在海地发现似玻璃陨石证据。

在2007年9月，《自然》的一篇研究提出希克苏鲁伯陨石坑的起源。美国科罗拉多州美国西南研究院的研究人员威廉·波特克（William Bottke）与捷克籍科学家David Vokrouhlický、David Nesvorný，利用电脑计算出希克苏鲁伯撞击事件的可能肇事者。根据他们的模拟计算结果，该陨石坑有90%的可能性是由一个名为巴普提斯蒂娜（298 Baptistina）的小行星所造成的，该小行星直径接近160公里，仍运行于火星与木星之间；根据推论，在1亿6,000万年前，巴普提斯蒂娜小行星被一颗直径约55公里的未命名小行星撞击后粉碎，主要的碎片形成巴普提斯蒂娜族小行星带，而某些碎片则闯入地球的公转轨道，其中一颗直径10公里的碎片，在6,500万年前撞击了墨西哥尤卡坦半岛，形成希克苏鲁伯陨石坑。希克苏鲁伯陨石坑的地质证据显示高含量的碳，显示是由碳质球粒陨石撞击而成，巴普提斯蒂娜族小行星带就属于碳质球粒陨石。

加州大学柏克莱分校的物理学家路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨、与地质学家沃尔特·阿尔瓦雷茨等人提出恐龙等动物与植物是因撞击事件而灭亡。根据他们的推测，该次灭绝事件与希克苏鲁伯撞击事件的发生时期相近，可能是因这个撞击事件导致而成。他们的理论被科学家广泛地接受。但某些科学家提出异议，例如古动物学家罗伯特·巴克（Robert Bakker），提出这个规模的灭绝事件应该也会使青蛙灭亡，但它们存活下来了。普林斯顿大学的Gerta Keller根据希克苏鲁伯的岩芯样本，提出希克苏鲁伯撞击事件发生于灭绝事件之前30万年，因此不是灭绝事件的主因。

除了陨石坑以外，撞击事件的证据还有全球各地的K-T界线的薄黏土层。在70年代晚期，阿尔瓦雷茨等人提出该黏土层有高含量的铱。铱含量高达6ppb，而地壳的铱含量仅0.4ppb而陨石的铱含量达470ppb。陨石撞击造成的灰尘云在全球沉降后，便形成铱含量极高的黏土地层。

20世纪90年代以来，在北纬20度至70度之间的地区内，发现了更多与希克苏鲁伯陨石坑同年代的撞击坑；如英国外海的银坑陨石坑、乌克兰的波泰士陨石坑，虽然坑体规模较希克苏鲁伯陨石坑小，但也有可能是由直径数十米的物体撞击所造成；同一时期的还有在印度洋发现的湿婆陨石坑，该坑体规模较希克苏鲁伯陨石坑大，有可能是由直径40公里的物体撞击造成。这些发现促成了此一假设：希克苏鲁伯陨石坑时期的K-T灭绝事件，可能是由一连串陨石撞击而造成。但湿婆陨石坑并未发现有冲击石英和海啸痕迹，而该坑体的形成年代正值德干高原的火山爆发时期，因此湿婆陨石坑也有可能只是德干高原火山活动的遗留痕迹而并非撞击坑。而银坑陨石坑和波泰士陨石坑也有可能只是地壳陷落造成的陷落坑。

1994年，苏梅克-列维9号彗星撞击木星的事件，证明彗星受行星潮汐力影响，在撞击前会分裂成数块，而这些碎块会接连撞上行星，导致一连串的撞击。苏梅克-列维9号彗星遭木星的潮汐力扯碎，同样的事在6500万年前，可能也曾发生在地球附近。

但在2006年晚期，明尼苏达-哥伦比亚大学的地质学家Ken MacLeod所完成的分析却支持单一撞击理论；他研究了距离希克苏鲁伯陨石坑4500公里的海底土壤与沉积物组成，而分析的结果显示地层中仅有一层撞击沉积物；在远达4500公里的距离仍未发现其他撞击造成的沉积物，表示同时期应该只有发生过一次撞击事件。

然而支持多重撞击理论的Gerta Keller并不以为然；路透社曾报道其看法： “可惜的是，这种主张过于夸大，也经不起详细的检验”。