Doble campeón del certamen, Nadal cayó sobre el césped londinense por 7-6 (7-5), 5-7, 7-6 (7-5) y 6-3 y perderá el primer puesto del ranking si el serbio Novak Djokovic se alza el domingo con el título.
La jornada dejó además las victorias de los suizos Roger Federer y Stanislas Wawrinka, que chocarán en cuartos, y la eliminación de la rusa Maria Sharapova de un torneo que se quedó hoy sin españoles: además de Nadal, perdieron Tommy Robredo y Feliciano López.
"Felicidades para él. Para mí, playa. Me voy a la playa en Mallorca", dijo Nadal. "Tendré unas semanas de vacaciones con buen tiempo, disfrutando con la familia y los amigos de algunas vacaciones", agregó Nadal en rueda de prensa en Londres.
"Es la única parte del año en la que tengo vacaciones. Y es el momento adecuado porque el tiempo es bueno (...) Después de algunas semanas volveré a entrenar para prepararme para otra parte importante de la temporada como América".
El doble campeón del torneo aceptó la derrota, asegurando que un cuadro difícil, una superficie que demanda mucho y un rival desenfrenado fueron demasiados obstáculos.
"Estoy satisfecho por cómo jugué en Wimbledon. Mi cuadro no era el mejor. Todos los partidos fueron incómodos ante jugadores que no te dan la oportunidad de jugar mucho", expresó el 14 veces campeón de Grand Slam.
"Luché hasta el final en cada partido, fui capaz de jugar un buen tenis en esta superficie. Eso es algo que no pude hacer en los últimos dos años", señaló el español.
Nadal sumó su tercera derrota sorpresiva en Wimbledon después de alcanzar la final del certamen entre 2006 y 2011: en 2012 cayó con el checo Lukas Rosol por 6-7 (9-11), 6-4, 6-4, 2-6 y 6-4 y al año siguiente se despidió en su debut ante el belga Steve Darcis, con que el que perdió por 7-6 (7-4), 7-6 (10-8) y 6-4.
El español llegó a los octavos después de haber cedido un set en cada uno de los partidos desde que debutó en la capital británica, donde buscaba su décimo quinto título de Grand Slam tras coronarse recientemente en el Abierto de Francia.
Nadal no pudo contrarrestar el potente servicio de su rival, que terminó con 37 aces, y apenas se procuró tres pelotas de break en todo el partido, de las que sólo pudo convertir una.
Kyrgios, de 19 años, se convirtió en el primer jugador de fuera del "top 100" que gana a un número uno en un torneo de Grand Slam desde que el ruso Andrei Olhovskiy batiera a Jim Courier en Wimbledon en 1992.
"Todavía no lo puedo creer realmente. Aún estoy confundido", dijo el australiano, que hasta hoy nunca se había enfrentado a Nadal.
"No me percaté del público ni de nada. Jugué un tenis extraordinario. Sufría al devolver, pero logré seguir a mi manera en el partido. Jugué a un gran nivel todo el partido", añadió Kyrgios, que disputó el torneo gracias a una "wildcard".
El australiano chocará por un lugar en las semifinales del tercer grande de la temporada con el canadiense Milos Raonic, que venció antes por 4-6, 6-1, 7-6 (7-4) y 6-3 al japonés Kei Nishikori.
Federer, siete veces campeón en el césped londinense, batió al veterano Robredo por un cómodo 6-1, 6-4 y 6-4 en la cancha central del All England Club y se enfrentará mañana a Wawrinka.
El último campeón del Abierto de Australia se impuso a López, ganador en la hierba de Eastbourne hace una semana, por 7-6 (7-5), 7-6 (9-7) y 6-3.
En el cuadro femenino, Sharapova se despidió al caer con la alemana Angelique Kerber por 7-6 (7-4), 4-6 y 6-4.
Kerber, que no alcanzaba los cuartos de un grande desde Wimbledon 2012, chocará con la canadiense Eugenie Bouchard.
La también alemana Sabine Lisicki, subcampeona del certamen, batió a la kazaja Yaroslava Shvedova por 6-3, 3-6 y 6-4 y se medirá a la rumana Simona Halep.
Además, República Checa se aseguró un lugar en la final con las victorias de Lucie Safarova y Petra Kvitova, que se medirán en semifinales.
Safarova derrotó a la rusa Ekaterina Makarova por 6-3 y 6-1, mientras que Kvitova se deshizo de la también checa Barbora Zahlavova por 6-1 y 7-5.
