时空旅行（Time travel），或称时间旅行、时光旅行、穿越等，泛指人或者其它物体由某一时间点移动到另外一个时间点。事实上，所有的人都顺着时间一分一秒的自然前进，所以时间旅行单指违反我们平时生活中的时间变化规律方式：要不就是大幅度的前往未来，要不就是回到过去。

对于时空的维度现有好几种不同的见解，比较常见的一种见解是：零维是一个点；一维是一条线；二维是一个面（即有长与宽的属性）；三维是指一个物体（即有长、宽与高的属性）；四维是指在三维的基础上加上时间这个属性；五维空间可以理解成这样，打比方，我们处在一个四维的空间里，然后将这个三维空间无限缩小为一个点，这时，三维空间加上时间轴，就成为一条直线，而五维空间是由许许多多的三维空间加时间轴的直线构成的。

而时空旅行，就必须从现有的四维空间中跳出来，到达其他维（或者不用这样也行，直接通过某种方式到达某个时间段里），然后再回来历史上的某一时间里，或到达未来的某一时间里，在这个理论上来说，即使回到历史，也不可能对改变历史，就是说历史都不存在了，你就不存在了，你不存在了，又怎么会回去历史中去改变历史呢？如果历史可以改变的话，那么除了五维空间外，还存在六维空间。当历史改变时，你所处的四维空间就不是原来的四维空间了，也就是说历史存在多变性的话，在四维空间的每个点上（就是说每个时间上），都有各种可能的情况发生，这时，每个点都可能是射线点，即可能发生的各种可能将会产生不同的历史，也就是说，当历史改变时，你还存在的话（即是说你处在的地方是已经改变了的历史当中），你在的空间就不是原来维度的空间了，而是在另一维度空间，而原来维度空间的你还是继续存在的，直到你在做时空旅行时人间蒸发为至，你还都是存在的。

而另一种对时空的见解我觉得也很独特的是：《心慌方。超立方体》这一系列的电影所介绍的时空了，讲述这个五维空间里存在的平行宇宙、重力场迁移、时间加快减慢等各种让人叹为观止的物理现象。

如果问一个知道初速和质量的炮弹在空间中的运动轨迹，这没法回答，因为除了3维空间，还有两个因素，在运动中起主要作用：引力和阻力。这个空间是在地球上还是月球上，将有不同结论。使得结论比较准确的方法是用5维来描述空间。

同理，温度、压力、密度等等，很多因素都可成为影响科学结论的一维来影响空间。则综合作用下的空间，就是多维空间。而不仅仅限于时间加空间的4维。

一些同学显然不知道这个多维空间理论，幻想5维空间或6维空间的一些不可预见的特征。

另外，虽然相对论理论支持超过光速，时间倒流，可以进行时空旅行，但此理论的创始人爱因斯坦不承认会发生超光速的运动。

还有一些理论，支持超光速运动，但也不支持时空旅行。

参见：时空穿梭，钟慢尺缩，科学，时间隧道，时间倒流，四维空间