W idealnych rozwiązaniach z ładunkiem lub rotacją diagramy Penrose’a zawierają dodatkowe horyzonty wewnętrzne oraz osobliwości o innym charakterze przyczynowym. Dotyczy to na przykład i metryki Kerra. Takie diagramy są cennymi narzędziami matematycznymi. Nie należy jednak automatycznie utożsamiać ich maksymalnych przedłużeń z realistycznym wnętrzem astrofizycznej czarnej dziury. Stabilność horyzontów wewnętrznych i struktura osobliwości zależą od zaburzeń oraz od efektów fizycznych pomijanych w idealnym rozwiązaniu. W przypadku zaburzonej naładowanej czarnej dziury klasycznym modelem takiej niestabilności jest inflacja masy przy horyzoncie wewnętrznym.
Zastosowania i ograniczenia Diagram Penrose’a pozwala szybko rozpoznać, czy dany obszar może wysłać sygnał do obserwatora w przyszłej nieskończoności. Pokazuje też, czy obszar znajduje się za horyzontem oraz czy przyszłościowo skierowane krzywe czasopodobne lub zerowe kończą się na osobliwości. Z tego powodu jest standardowym narzędziem w analizie globalnej struktury czasoprzestrzeni, asymptotycznej płaskości, promieniowania i czarnych dziur.