撞击过程的动画，由亚利桑那大学Space Imagery Center制作
造成陨石坑的撞击物体，直径推测至少有10公里，撞击后完全蒸发，释出高达4.2×1023焦耳的能量，相当于100兆吨三硝基甲苯（1014吨TNT当量）[10][11]。人类历史中最强的人造爆炸物是沙皇炸弹，爆炸威力只相当于5,000万吨黄色炸药[12]；而希克苏鲁伯撞击事件的能量是沙皇氢弹的200万倍[12]。科学家估计科罗拉多州的拉加里塔火山口火山喷发是地质历史中规模最大的火山爆发，那次喷发释放出1.0×1021焦耳（约2.4×1011吨TNT当量）的能量，也远小于希克苏鲁伯撞击事件[13]。
效应
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希克苏鲁伯撞击事件会引发大规模海啸，并使大量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[1]。撞击体的碎片与再度落下的喷出物，会造成全球性的火风暴。而极大的撞击波可能引发各地的地震与火山爆发[14]。撞击事件会造成大量的灰尘进入大气层，长时期遮蔽阳光，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。撞击事件也可能造成大量的二氧化碳进入大气层中，形成明显的温室效应[6][15][16]。
该撞击很可能引起了地球自转和公转特征的改变，例如日地距离的变化，导致太阳光照强度下降，也引起了印度的火山长时间的活跃的喷发。总之多种因素，导致气候变得更加寒冷干燥温差增大等，植物光合作用下降，不利于生物的生存。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[17]。
英国伦敦帝国学院的地球物理学者 Joanna Morgan 教授带领的研究团队最新研究提出证据，进一步解释造成白垩纪─第三纪灭绝事件（Cretaceous-Paleogene extinction event）的原因。他们认为导致当时包含恐龙等大量生物灭绝，主要原因应该是因为大气层的组成改变。充满硫化物的大气层让气温下降造成全球性寒冬，导致大多数动、植物死亡灭绝。这项研究已于日前发表于科学期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）。研究人员认为小行星撞击时让超过 3 千亿吨的硫进入大气层，造就了地球环境陷入灰暗寒冷，全球气温下降至零度以下长达数年，可能也影响了海洋的温度长达数百年。这样剧烈的气温变化就解释了为什么当时有如此大量物种陷入生存危机而灭绝。经过计算之后，研究团队估计当时有 3,250 ± 1,300 亿吨的硫及 4,250 ± 1,600 亿吨的二氧化碳（人类每年排放至大气层的二氧化碳总量大约是 400 亿吨），高速向上喷出进入高层大气。虽然二氧化碳后来影响的时间更长，造成地球气温暖化，但是当下大量硫化物和烟尘造成更直接的影响，让气温迅速下降至非常低温。美国埃默里大学环境科学教授 Anthony Martin 解释，虽然大量二氧化碳会造成温室效应让气候暖化，但大量的硫会更剧烈直接的让太阳辐射无法穿透大气层，就像在温室上方加上一块掩蔽光线的黑幕。在先前，德国波茨坦大学 Julia Brugger 的研究团队已在今年更早时，模拟了当 1,000 亿吨硫化物和 14,000 亿吨的二氧化碳喷发对全球气候环境的影响。他们发现在这样的情况下，地球每年的表面空气温度至少较一般低 26 度，更有大约 3 至 16 年间温度在零度以下，而且至少需 30 年才慢慢回复。Morgan 教授解释，先前 Julia Brugger 研究团队的结果对硫化物的影响估计较保守，但现在他们已能修正硫化物的含量让数据更精确。加上当时小行星撞击的角度及方向等参数，研究团队可确切知道哪片岩层受到撞击，校正当时产生的气体数据。如果 Brugger 团队先前是以 1,000 亿吨硫化物计算，那么实际情形应该会比模拟时还要严重。[18][19][20]。
地质学与形态学
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在1991年，希尔德布兰与彭菲尔德等人研究希克苏鲁伯陨石坑的地质特征与构成[6]。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[6]。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[21]，以及冲击石英[6]。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，位于地底下约500米处[6]。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[6]。这个地下水层会溶解石灰岩层，形成洞穴与天然井[22]。研究人员也在海地发现似玻璃陨石证据。
起源
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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[15]。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，利用电脑计算出造成希克苏鲁伯撞击事件的元凶，模拟计算结果显示，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，该小行星原始直径预估接近160公里，残余的碎片目前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（Baptistina family）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[23][24]。
灭绝事件
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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植物是因撞击事件而灭绝。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[1]。他们的理论目前被科学家广泛接纳。但某些科学家提出异议，例如古动物学家罗伯特·巴克提出这个规模的灭绝事件应该也会使青蛙灭亡，但它们却存活下来了[25]。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[26]。
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。1970年代末，阿尔瓦雷茨等人提出该黏土层有高含量的铱[27]。铱含量高达6ppb，而地壳的铱含量仅0.4ppb[28]而陨石的铱含量达470ppb[29]。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[30]。