時間
時間是一種尺度，在物理定義是純量，藉著時間，事件發生之先後可以按過去-現在-未來之序列得以確定（時間點），也可以衡量事件持續的期間以及事件之間和間隔長短（時間段）。時間是除了空間三個維度以外的第四維度。 長久以來，時間一直是宗教、哲學及科學領域的研究主題之一，但學者們尚且無法為時間找到一個可以適用於各領域、具有一致性且又不循環的定義。然而在商業、工業、體育、科學及表演藝術等領域都有一些各自來標示及度量時間的方法。一些簡單，爭議較小的定義包括「時間是時鐘量測的物理量。」及「時間使得所有事情不會同時發生。」
哲學家對於時間有兩派不同的觀點：一派認為時間是宇宙的基本結構，是一個會依序列方式出現的維度，像艾薩克·牛頓就對時間有這樣的觀點。包括戈特弗裏德·萊布尼茨及伊曼努爾·康得在內的另一派認為時間不是任何一種已經存在的維度，也不是任何會「流動」的實存物，時間只是一種心智的概念，配合空間和數可以讓人類對事件進行排序和比較。換句話說，時間不過是人為便於思考宇宙，而對物質運動劃分，是一種人定規則。例如：愛因斯坦就曾運用相對論的概念來描述比喻時間對心理層面上的影響，藉此解釋時間並非是絕對的。
物理學
目前最廣泛被接受關於時間的物理理論是阿爾伯特·愛因斯坦的相對論。在相對論中，時間與空間一起組成四維時空，構成宇宙的基本結構。時間與空間都不是絕對的，觀察者在不同的相對速度或不同時空結構的測量點，所測量到時間的流易是不同的。狹義相對論預測一個具有相對運動的時鐘之時間流易比另一個靜止的時鐘之時間流易慢。在1971年，物理學家哈菲爾（Joe Hafele）與基廷（Richard Keating）做了証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一樣的時鐘做比較。結果証實：在飛機上的時間流易得比實驗室裏的慢。據愛因斯坦的理論，當移動的速度越快，時間流易速度越慢，當移動速度達到光速的一半時，時間約慢13%。
另外，廣義相對論預測質量產生的重力場將造成扭曲的時空結構，並且在大質量（例如黑洞）附近的時鐘之時間流易比在距離大質量較遠的地方的時鐘之時間流易要慢。現有的儀器已經證實了這些相對論關於時間所做精確的預測，並且其成果已經應用於全球定位系統。
就今天的物理理論來說時間是連續的，不間斷的，也沒有量子特性。但有一些理論試圖將相對論與量子力學結合起來，如量子重力，弦理論，M理論，預言時間是間斷的，有量子特性的；但它們還沒有被實驗証明過的。另有一些理論猜測普朗克時間可能才是時間的最小單位。
根據史提芬·霍金所解出廣義相對論中的愛因斯坦方程式，顯示宇宙的時間是有一個起始點，由大霹靂（或稱大爆炸）開始的，在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空必須一起並存，沒有物質存在，時間也無意義。
人出生、成長、衰老、死亡，沒有反過來的。玻璃瓶掉到地上摔破，沒有破瓶子從地上跳起來合整的。古典力學無法解釋時間的不可逆性。兩個粒子彈性碰撞的過程順過來反過去沒有實質上的區別。時間的不可逆性只有在統計力學和熱力學的觀點下才可被理論地解釋。熱力學第二定律說在一個封閉的系統中（我們可以將宇宙看成是最大的可能的封閉系統）熵只能增大，不能減小。宇宙中的熵增大後不能減小，因此時間是不可逆的。
天文學
最早研究時間的科學不是物理學，而是天文學。天文學的一個最重要的任務就是測量時間，從確定日的長短，四季的變化，到制定曆法。在古代中國和在西方一樣，制定曆法的需要是推動天文學理論發展的重要因素之一。
今天的天文學已與曆法或時間測量毫無關聯了，但天文學觀測對時間概念的發展依然非常重要。天體發出的光到地球上被觀測到需要一定的時間。離地球越遠的天體發出的光需要的時間也越長，因此對宇宙越遠的地方的觀測也是對宇宙越古老的時間的觀測。現在最被公認的宇宙學理論（宇宙大爆炸理論）認為時間與空間和宇宙內的質能一樣是在140億年前產生的。目前的天文學觀測估計宇宙的擴展是沒有盡頭的，因此時間也應該是沒有盡頭的。
哲學
傳統哲學對時間研究：古代的本體論採取獨斷的口吻宣佈時間的本質和屬性，近代的認識論採取主客對立、非此即彼的態度判斷時間的本質和屬性，近現代的現象學和存在論者則從抽象的人出發去探索時間的本質問題。
現在哲學家對於時間有兩派不同的觀點：一派認為時間是宇宙的基本結構，是一個會依序列方式出現的維度，艾薩克·牛頓就對時間有這様的觀點，因此也稱為「牛頓式的時間」。另一派認為時間不是任何一種已經存在的維度，也不是任何會「流動」的實存物，時間只是一種心智的概念，配合空間和數可以讓人類對事件排先後順序及進行比較。依照戈特弗裏德·萊布尼茨及伊曼努爾·康得的傳統，第二派的觀點認為空間和時間「本身並不存在，而是我們表達事物方式的產物」，
宗教
科學對時間的存在觀察，提供人類從自身既有的見解與實據出發 。宗教對時間的存在啟發，即在於補足人類歷代科學見解的不足之處，提出存在可能相對的觀點與反思：
1.關於時間的形態問題：有循環時間觀和線性時間觀。
2.對時間結構的取向問題：過去取向、現在取向、未來取向。
3.時間存在的方式問題：線性存在、非線性存在、瞬時存在的「點」、跨點存在的時間段（線段的形式），形象是清晰、模糊。
基督教、猶太教等對時間的紀錄見諸《聖經》記載，形成聖經神學與系統神學等幫助人深入探討時間的真實性，例如：「主看一日如千年，千年如一日。」《彼得後書3:8》，涉及提示出「地球時間」與「宇宙時間」的差異觀念。
文學
在文學中，時間的流易和不可逆性是一個古今中外一再提到的內容。光陰似箭，日月如梭，這句諺語既體現了古人對時間的最直接的領會：日與夜光與陰的交匯，也體現了古人對時間不可逆性的認識以及對此的感慨。
在科幻小說中，時間旅行是常見題材之一。
時空
時空（時間-空間，時間和空間）是一種基本概念，分別屬於物理學、天文學、空間物理學和哲學。並且也是這幾個學科最重要的最基本的概念之一。
空間在力學和物理學上，是描述物體以及其運動的位置、形狀和方向等抽象概念；而時間則是描述運動之持續性，事件發生之順序等。時空的特性，主要就是通過物體，其運動以及與其他物體的交互作用之間的各種關係之匯總。
時間和空間是人類文明最為古老的概念之一。可追溯至遠古時期，人類的耕作、放牧等日常勞動都需要測量土地、順天時，這就產生了最基礎的時空概念以及度量方法。古代就有「上下四方謂之宇，往古來今謂之宙」的說法。這裡的「宇宙」也就是時空的理念。這也就是誕生了最原始的一維時間和三維空間，並發展同宇宙產生聯繫。
近代科學，無處不涉及時空的概念和測量方法，特別是文藝復興以來，古典力學、物理學和天文學在對時空的認知上基本可以分為兩條不同但相交的線索：
其一，以牛頓和馬克士威的重要理論——古典力學和古典電磁學為代表的時間-空間概念，經歷愛因斯坦的狹義、廣義相對論，再到現代宇宙論。
其二，從牛頓力學經過量子理論、量子力學以及量子場理論，再到量子重力、超弦或M理論。
但物理學對於時空的認識還存在不少基本問題尚待解決，還需要進一步完善和發展。
絕對時空
利用歐幾里得幾何，測量出長方體的長、寬和高，便能算出其體積。也即是選擇一個可以忽略大小的靜止的參照物，只要得知需要計算物體與其的上下、左右和前後距離，就可以利用歐幾裏得幾何計算出。
在描述運動上，需要得知瞬時的速度、加速度和所處位置，這就抽象出一維時間和三維空間的座標系概念。所以要描述物體的運動，就需要選擇一個可供參考的座標系，為此，艾薩克·牛頓就創造出四維絕對時空的概念，絕對時間均勻流逝，絕對空間符合三維歐幾裏得幾何。絕對時空的本性與任何具體物體以及運動狀態無關。選擇相對於絕對空間的靜止或等速直線運動為參照所得出座標，就是慣性參考系。
伽利略相對性
在古典力學中，任意一個物體對於不同的慣性座標系的空間座標量和時間座標量之間滿足伽利略變換。在此之下，物體的位置和速度都是相對的；而空間位移，時間間隔以及加速度卻是絕對不變的。因為絕對時間的同時性不變，所以相對於同一個慣性參照系的兩個事件同時發生與否也是不變的。而兩個同時發生的事件在其他慣性參照系下也是同時的，這就是絕對同時性。牛頓力學的所有規律（包括萬有引力定律）在內，在伽利略變換下也都是不變的，這即是伽利略相對性原理。
同時，不變性與守恆定律也有著很高相關度。運動狀態在伽利略變換下的時間平移不變性就對應了物體的能量守恆；而空間平移不變性也就與動量守恆相關聯，以及空間轉動不變性更對應了角動量守恆。上述的不變性，就使得絕對時空概念受到了質疑。
這是顯而易見的，因為物體在絕對空間中的運動是可以觀測的，這就有力學運動定律中需要有絕對速度這個概念，但牛頓力學中卻沒有絕對速度一說。即，牛頓力學定律的正確性並不要求存在絕對空間。
雖然不斷有人對牛頓的絕對空間概念提出異議，並且實際上也沒有存在絕對時空的證據。但是牛頓力學和萬有引力等規律是這樣的成功，以至於牛頓的絕對時空的理念，也一直主導著當時的自然科學和哲學界。
致命的問題
牛頓體系無法描述一個簡單的宇宙圖像。可以近似描述的宇宙圖像是這樣的，在無窮長和無限大的絕對時空中，無數多的星體大致上是靜止的，而且平均光度也是均勻的。然而萬有引力卻讓這個宇宙極為不穩定，甚至無法解答夜晚的天空為什麼是黑的。
馬克士威方程組
19世紀的物理學有一個重大成就，那就是詹姆斯·克拉克·馬克士威總結前人的電磁學理論，得出來的馬克士威方程組，這裡面出現了光速c，而後又發現電磁波。
但是依舊受到牛頓的絕對時空概念所支配的物理學家們，自然也認為存在“光乙太”這種物質。所以，馬克士威方程組僅僅只是在絕對空間的慣性參考系中成立，與此類似，電磁波也只是光乙太的波動現象而已。
愛因斯坦的相對時空觀念
狹義相對論
就在物理學家認為物理的「大廈」即將完工時，兩朵「烏雲」卻讓整個物理體系動搖，更讓人類對時空的認識發生了巨大的改變。
阿爾伯特·愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論，拓展了伽利略相對性原理，使得包括力學和電磁學在內的所有物理定律在不同慣性參照系也要具有相同的形式。
但，當時的愛因斯坦還假定慣性參考系中單程光速C是不變的。據此，不同慣性系的時間-空間座標之間不再遵從伽利略變換，而是遵從勞侖茲變換。
據此，時間間隔（鐘的走動）和空間長度（尺子的長）都成變化的，而且相對於「靜止的」而言，越是高速運動，時鐘就越是變慢，尺子就越是變短。至此，絕對的同時性不存在，也就是說，在一個參照系中同時發生的兩個事件，在另一個高速運動的參照系就不再是同時發生了。
狹義相對論中，因為光速是定量，所以時間-空間間隔（時空間隔）就成了不變量。因此，一些慣性系之間，除了對應於時間和空間平移的不變性之能量和動量守恆以外，還存在時空平移不變性。理所當然的，根據能量和動量守恆定律，愛因斯坦推導出他的質量-能量關係式。這個是原子物理中最為基本的。
閔考斯基時空
狹義相對論不僅判定光乙太不存在，它確定電磁波是一種波動，就得出場是一種與「實實在在」的物體不一樣的物質。也判定牛頓的絕對時空不存在，並將一維時間和三維空間聯繫在一起，組成四維時空。赫爾曼·閔考斯基最先發現這一點，即閔考斯基時空。而由此所產生的幾何也成為具有度規張量的歐幾裏得幾何，其符合勞侖茲協變性，也就是閔考斯基度規。
廣義相對論
但狹義相對論也有一個缺陷，它無法讓重力定律滿足任何參照系都具有同樣形式。就此，愛因斯坦提出廣義相對論。 依據廣義相對論，在宇宙中就不存在大範圍的慣性參照系，而是只在任意時空點存在局部的慣性系，而不同的慣性系之間就通過慣性力或重力讓其相互聯繫。
就此，慣性力的時空仍然是平直的四維閔克夫斯基時空，反之，重力的時空就是彎曲的四維時空。要描述這樣的四維時空，只能用黎曼幾何來描述。而要想得知時空的彎曲程度，需要知道物質及其能量-動量張量，再通過愛因斯坦重力場方程式來確定。
此時，時空不再是物質（物體或者場）的「運動場」，彎曲的時空就是重力場，其性質與在其中運動的物質之性質存在關聯。
所以，其一，物質的運動所產生的能量-動量作為重力場的源頭，通過場方程式確定重力場的強度，即時空的彎曲度；其二，彎曲時空的幾何特性也同樣決定著物質運動的性質。
例如在太陽系中，太陽作為這個重力場的源頭，它的質量使得整個太陽系的時空發生彎曲。而越靠近太陽，其運動性質受到影響就越大。所以，水星的運動軌跡就受到太陽的影響。而其他恆星所發出的光線在經過太陽邊緣時也發生了偏轉等。實際觀測也證明瞭廣義相對論的正確。
但廣義相對論也存在著挑戰，20世紀中期的研究表明，就是在特定的條件下，廣義相對論會讓時空出現「奇異點」。在奇異點處會讓重力場失去意義。
宇宙之演化中的整體性
人類對時空認識一直都與宇宙密切相關，而宇宙學原理和愛因斯坦重力場方程式就是現代認識宇宙的基礎。宇宙學原理認定宇宙是一個整體的，它在時間上是不斷變化的，即時間箭頭，而在空間上卻是均勻的。
20世紀中期，宇宙大爆炸的模型成功的解釋了銀河外星系紅移，也解釋了夜晚的天空是黑色的，這就是宇宙微波背景輻射。計算預測出的宇宙的演化、星系的形成、輕元素的豐度等在天文觀測上也是大體一致的。便解決牛頓體系沒有給出宇宙圖像的問題。
雖然認識到宇宙是在演化中的一個整體，但是，那個奇異點卻處在宇宙大爆炸的起始、星系或黑洞的中心。
量子理論對時空的影響
量子理論
物理學從牛頓的古典力學到20世紀初的量子理論，對人類認識時空也起著劇烈的變化，更引發物理學的震盪。
量子力學描述了這樣一個事實，也就是系統的空間位置與動量無法同時精確測量，同樣的，時間與能量之間也是如此。他們滿足不確定性原理；古典軌道在此刻也不再有精確的意義，如何理解量子力學以及有關測量的實質，一直處於爭論中。但在20世紀末，有關量子的幾個重要發現更是引發新的疑慮，這就是量子纏結、量子隱形傳態、量子資訊等，在對其研究表明了時空亦有因果性和定域性。
真空
量子力學與狹義相對論結合產生出量子電動力學、量子場論以及電弱統一模型、強作用下的量子色動力學等標準模型。即使巨大的成功也無法掩蓋其中所隱含的原則問題。比如真空與否，存在著零點能以及真空漲落等，讓人們對什麼是真正的「真空」產生了新的認識。
以上述為基礎的產生以下幾個憂慮：量子電動力學的微擾論計算可給出與實驗精密符合的結果，然而這個微擾展開卻是不合理的。
對稱性破缺的機制使傳遞弱作用的中間玻色子獲得質量，然而黑格斯場的真空期望值和前面提到的零點能（相當於宇宙常數），其數值卻比實際觀測到的宇宙常數更大，而且還是驚人的，上百個數量級。
而量子色動力學描述誇克和膠子之間的互相作用，但是被禁閉在強子內的誇克和膠子如何才能獲得自由，這個問題卻是物理學的疑點。
再者，量子論預言到，在釐米和秒這樣小的時空尺度上，時空的古典概念將不再適用。為解決這個難題，就須要在理論上建立自洽的量子重力理論，即是量子時空理論。然而，量子理論和廣義相對論如何結合一直沒有解決。
一個可能的解決方法就是超弦理論或M理論。然而，這個理論卻只有在一維時間-九維空間或一維時間-十維空間上實現。
這裡又出現了問題，尖銳的矛盾，如何將高維時空應用在低維時空上，也就是人類所熟知的四維時空觀。人們所認知得時空是四維的，也就是說「宇宙」或許就是高維時空中的「一個泡沫」。
從高維時空回到四維時空顯然有很多種方法。那麼，在「膜」宇宙以外，是否可能存在其他的「膜」宇宙？在產生宇宙大爆炸之前，是否還會有其他的階段等。這些問題，或許與暗物質、暗能量，以及宇宙常數等問題都有著密切的聯繫。
弱作用左右對稱性等的破壞
力學與電磁學規律把慣性系從左手系變為右手系是不會變得，同樣時間反轉亦是不變的。這就是說把時空反演不變的規律與時空本身存在密切關聯。
同時，還存在與這些對稱性相聯繫的正反電荷對稱性。但是在微觀狀態下，在弱作用當中，時空反演不變與正反電荷反演不變這類規律不成立。這就是20世紀中期李政道和楊振寧提出宇稱不守恆。這也得到實驗的驗證，不過其中的更為深刻的本質尚待物理學家研究。
暗能量和宇宙常數
20世紀末，天文學的重大進展，特別是太空觀測的拓展，讓更多「隱藏」的物體都顯露出來。經過測算基本確定，人類目前還看不見的暗物質占據宇宙總物質20%以上，與此類似，與通常的能量完全不同的暗能量占據宇宙中總能量70%，且宇宙常數常為正。這樣的宇宙時空就不會是平坦的，而是呈現出正的常曲率時空。但，這個正的常曲率時空，不僅僅在超弦理論或M理論上有著原則性的差別，就連通常意義的量子場論、量子力學，更甚至連古典力學也都出現了疑難。這是因為在理論上沒有一個可公認的方法自洽地定義物理上的可觀測量。而且宇宙常數為什麼這樣小，也是一大難題。
空間
空間（德語：Raum，英語：space，法語：espace，西班牙語：espacio，義大利語：spazio），大致上，是指物質存在所佔有的場所，物體與物體之間的界線，或是物體與物體之間的相對位置等，抽象化之後形成的概念。與時間二者，構成物質存在的基本範疇，是人類思考的基本概念框架之一。人類可以用直覺瞭解空間，但難以概念化，因此自古希臘時代開始，就成為哲學與物理學上重要的討論課題。空間存在，是運動構成的基本條件。在物理學中，以三個維度來描述空間的存在。相對論中，將時間及空間二者，合併成單一的時空概念。伽利略、萊布尼茲、艾薩克·牛頓、伊曼努爾·康得、卡爾·弗裏德里希·高斯、愛因斯坦、龐加萊都研究空間的本質。
空間為一種抽象觀念，乃是物質與事件存在並有彼此相對關係的客觀形式。與「時間」相對，通常指四方上下。
古典物理的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。近代物理的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。在相對論中，時間與空間一起組成四維時空，構成宇宙的基本結構。
空界
空界（巴利文及梵語：ākāsa-dhātu），佛教哲學術語，是色聚之間的空隙，即物質與物質之間的空間。印順《成佛之道》：“空界，是空間。如臟腑中空隙，眼耳鼻口等空隙，以及周身毛孔，都是空界。”
空界，指由虛空構成的界，是色聚之間的間隙與界線，其特徵為無障礙。《佛說稻芋經》：“何謂為空？能無障礙者，名為空界。”
因為空界存在，人因此可以識別出每個色聚的不同。在修行界分別觀時，可以觀察內、外空界，作為禪修所緣。《瑜伽師地論》卷32：“次取其外諸大空相，所謂諸方無障、無礙，諸聚色中孔隙、窟穴，有所容受。善取如是空界相已，於內空界而起勝解。”
說一切有部將虛空與空界分開，認為空界屬於色，是有為法；而虛空屬無為法。
時空旅行
時間旅行(Time travel)，或稱時空旅行、時光旅行、穿越等，泛指人或者其他物體由某一時間點移動到另外一個時間點。事實上，所有的人都順著時間一分一秒的自然前進，所以時間旅行單指違反我們平時生活中的時間變化規律方式：要不就是大幅度的前往未來，要不就是回到過去。時光之旅在理論上是可行的，人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。為了實現時光旅行，霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子：當人們駕駛汽車時，向前直行和向後倒車是第一維，向左或向右轉彎是第二維，在山路上爬坡和下坡是第三維，那麼時間就是第四維。對於物理學家來說，時光隧道也許就是蟲洞。霍金說，蟲洞就在我們周圍，只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫，這種基本規律同樣適用於時間。時間也有細微的裂縫和空隙，比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”，而蟲洞就存在於“量子泡沫”中。
時間旅行或稱時空旅行、時光旅行或穿越時空等，泛指人或者其他物體由某一時間點移動到另外一個時間點。事實上，所有的人都順著時間一分一秒地自然前進，所以時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式：要麼是前往未來，要麼是回到過去。
時間旅行常常作為戲劇或者小說中，將人物放在不同時空中的手段，而穿越、穿越劇、穿越小說等名稱也成為這些作品的分類，與傳統戲劇或者小說中的分類看齊。
根據愛因斯坦的相對論，在某些狀況，例如不同的速度、重力下，兩個物體之間時間流動的速度會不同。這在某種意義上，可以稱得上是「天上方一日，人間已千年」的時間旅行。但是這類的方式，只能前往未來，而不能回到過去。這種單方向的時間旅行與傳統上在科幻中的典型「時間旅行」並不相同。科幻中的時間旅行往往會有較多的自由。
根據狹義相對論，時間是可以伸展和收縮的，視觀察者移動多快而決定。舉例:假設A在紐約登機飛到裏約熱內盧，然後馬上再飛回紐約，而B則一直在紐約甘迺迪機場裡。這趟旅程所費的時間對於A和B並不相同，對A而言，實際上所花的時間會更少。在一九七一年時，物理學家喬·哈菲爾（Joe Hafele）和理查·基廷（Richard Keating）完成實驗證實。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一模一樣的時鐘比較。結果證實：在飛機上的時鐘走得比實驗室裡的慢。物理學家將因運動而造成的時間減緩稱為時間膨脹效應：當運動速度越快，時間變得越慢（這是指靜止的觀察者所看到的，在高速運動的人自己看來，沒有什麼不同。）雙生子佯謬即是對於這種現象的闡述。
速度只是扭曲時間的一種方法，重力則是另一種方法。愛因斯坦於1915年提出廣義相對論，將重力場對時間與空間的影響包括在理論中。如將數字代入愛因斯坦的理論中，會發現地球本身的重力造成時鐘每300年慢1微秒。1976年，羅伯特·維索特（Robert Vessot）和馬丁·列文（Martin Levine）從西維吉尼亞州將一枚載有氫邁射時鐘的火箭發射到太空，然後在地面上仔細監控。幾個小時後，火箭墜落進大西洋，而上面的時鐘比地球的時鐘多出了約0.1微秒。如果擠壓地球直到現在一半的大小（保留所有質量），地球表面的重力將變成2倍大，時間的扭曲也會變成2倍大。如繼續擠壓下去，當地球的半徑達到0.9公分時，時間將會「停止」，沒有東西可以逃脫。
在質量不變時，壓縮其體積，會導致星體的表面的引力場強度增加。宇宙中會發生這種壓縮，例如「中子星」。天文學家已確認在典型中子星表面上的時鐘，會走得比地球表面上的慢30%。若能夠在中子星表面望地球，將會看到地球上的事情加快速度，就像是快速放映錄影帶節目一樣，不過中子星附近的時間，看起來還是以正常速度流動。
一般認爲前往遙遠的未來在物理上是可能的，只需坐上足夠快的飛船，這種時空旅行的結果可由狹義相對論計算。利用萬有引力也可以（坐在引力場極強的地方），這種計算涉及廣義相對論。人類目前已經可以把微觀粒子送往未來（可以用粒子的半衰期來檢驗），但把宏觀物體送往未來尚未能實現。
已知的物理定律並未反對回到過去的時空。有一種說法是只要超過光速，就能回到過去，但這已經違反了相對論的前提假設。然而，相對論聲稱不能使物體的速度超過光速，但沒有禁止有「一直比光運動更快」的物質存在。如果有這種物質，且人類能用它來傳遞訊息，則也能用它來向過去傳遞訊息。而在廣義相對論中，有一種封閉類時曲線（closed timelike curve，CTC）可作為回到過去的時空旅行理論，根據數學家哥德爾的計算，這在理論上正確，目前仍由理論物理學家研究中。
物理上，也會以時間旅行作為思想實驗的工具，來檢驗一些理論（如相對論、量子力學）可能產生的推論。現在人類還沒有時間旅行（這裡指的是回到過去，或前往遙遠的未來）的能力，也沒有任何成功的實驗。但這並不能排除回到過去的可能性。
時間旅行的未知數
質疑時間旅行的人，多半會提到祖父悖論。簡而言之就是「如果你回到過去並殺死你的祖父（在你父親出生前），你還會存在嗎？，但關於這種說法，也有人提出了一致性歷史（consistent histories）、命定悖論和多重宇宙理論來作為解答。否定時間旅行的人也指，如果未來的人能夠回到過去，那麼我們應該早就看到很多從未來回來的觀光客了，對此，時間旅行的支持者多會用未來政府相關法令，或時間旅行者自知不能隨意行動來回答，也有人會用無法改變過去來回答（即使妄圖改變也是無用）。但這種並非由物理法則，而是由人類自己的規定的限制無法解決因違反因果律而引起的悖論。
不論如何，時間旅行者的能力一定是受到某種限制的。就以祖父悖論來說如果真的可以成功回到過去會有何種結果？而且如果回過的時間愈久遠會否引起歷史改變的蝴蝶效應愈嚴重？但既然自然界時間是往未來前進，資訊可能也是自動往未來前進，若有人能回到過去時空並改變歷史，那就算同時改變了未來，也可能不會影響已經位於過去時空的自己，因為他自己就位於這被改變的歷史時間軸的最前端，而且自然界不會自己改變歷史，如此就沒有祖父悖論的時空矛盾，而突然被改變歷史的未來人類也可能不知道他們所知的歷史是新版本歷史，但也許會感覺到對某些人事時地物有似曾相識之感，舊版本歷史已被改變並可能自動消失。
有些小說中的時間旅行還涉及對「熱力學第二定律」的違背。簡單來說你回到過去把一枚戒指送給了某人，而這個戒指正是他送你的。這樣，那一枚戒指在相互贈送的過程中必須始終完好無損，否則即使是最輕微的劃傷，也將導致違背定律。而且在這一過程，沒有辦法說明戒指的來源。有些文學作品（例如穀川流的《逃離學校》）中有這種情節。但既然宇宙時空是連續的，所謂過去現在未來是人類的區分與說法，哪一段時空包含多少物質與能量不得而知，或物質與能量總量應以全部的宇宙時空來看待不可分段，那可能就無熱力學第二定律的問題。
雖然目前時間旅行還沒有任何實質的科學證據，但同樣地，目前的物理學也還無法排除（能回到過去的）時間旅行的可能性。
廣義相對論預言如果有可以通過的蟲洞存在，則回到過去是可能的。從廣義相對論知道，時空是可以被扭曲的，如果時空被扭曲的太厲害，就有可能回到過去。簡單地說，就是指你駕駛一艘太空船鑽進蟲洞，再從另一端出來，就會抵達另一個時空。
雖然依照ER=EPR的公式（ER橋與EPR橋是同一種存在），人類已經可以自行製造蟲洞並保持一段時間，但目前還無法製造可以用來讓宏觀物體通過的蟲洞。
不過即使可以通過的蟲洞存在，能否通過其到達未來也仍然是未知的。因爲雖然依照ER=EPR廣義相對論本身可以描述量子效應，但目前該公式僅在簡化宇宙中得到證明，換而言之，在現實世界中能否利用其進行時間旅行尚未被證明。
有人用半經典的方法把量子效應融入廣義相對論，然後得出蟲洞會產生出正回饋摧毀蟲洞。爲瞭解決這一矛盾，只好假設任何進入蟲洞的輻射都會散開，從而阻止任何向過去傳遞訊息的企圖。
在一些時間旅行的立論基礎，常陷入必需假定地球為世界中心的前提。因為地球在自轉，地球繞著太陽在公轉，太陽系繞著銀河系的中心轉。因此在地表A點僅移動時間軸的時間旅行，難以在不同的時間的地表A點出現，因為絕對坐標與相對坐標早已出現明顯的偏差。
逆時間而行
如何理解逆時間而行呢？我們把時間看成是一列火車，我們就坐在這列時間火車上，火車往前進，我們在火車上反方向跑，當我們跑的速度與火車的速度一樣時，時間就靜止不動了，也就是說我們停止衰老了，假如我們反跑的速度比火車快，我們就進入了負時間，就開始返老還童了。我在這裏講的速度，並不是指物質世界的速度，若用物質世界的速度來理解，我們永遠跑不過時間。
逆時間而行恰如逆水行舟，對普通大眾而言，難度較大，主要原因是因為人在物質世界中，眼耳鼻舌身意受物質的左右，特別是世俗社會對人的束縛太大，不要說金錢名利地位美色的誘惑，僅贍養老人，照顧妻友兄弟，撫養子女，處理日常雜務，就已經使人疲於奔命，而逆時間而行須違背自然法則，這對普通人而言幾乎行不通，不僅很難明白這個道理，而且也無時間去實踐，弄不好會雞飛蛋打，既處理不好俗務，也達不到返老還童的目的。
逆時間而行是高層次的一種倒行逆施的思維方法，特別適合於寺院道觀中靜修之人。考慮到世俗社會的接受程度，我將不做具體解說，我們若有緣，我將當面給你說明。
時間對宇宙中的一切都一視同仁，願真主——佛祖耶和華上帝保佑你超越時間！兩極化運動和逆時間而行其目的是延長壽命，以便於有足夠的時間來修行修煉，改變生命的軌跡，使我們的生命爭取成為向生命高層次的發展結構，在我們的肉體死亡之時，我們生命的靈體能夠沿著Z軸穿越時空進入嶄新的世界。
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