La teoria especial de la relativitat d'Albert Einstein (i per extensió la teoria general) permet explícitament un tipus de dilatació temporal que ordinàriament es podria denominar “viatge en el temps”. La teoria sosté que relativament a un observador estacionari, el temps sembla fluir més lentament per als cossos que es desplacen ràpidament: per exemple, un rellotge que es desplaça semblarà córrer més lent; a l'incrementar la seva velocitat i acostar-se a la velocitat de la llum semblarà haver-se detingut completament. No obstant això, aquest efecte només permet el viatge “en el temps” cap a endavant en el futur, mai cap a enrere. Aquest tipus de viatge no és típic de la ciència ficció, i es tenen pocs dubtes sobre la seva existència; no obstant això, d'aquí des d'ara “viatge en el temps”, pròpiament dit, es referirà al recorregut amb algun grau de llibertat cap al passat o el futur. Molts científics consideren que el viatge a través del temps pròpiament dit és impossible. Aquesta opinió es veu reforçada per un argument basat en la navalla de Occam (Occam’s razor). Qualsevol teoria que permeti el viatge en el temps requereix que algunes situacions relacionades amb la causalitat (o, si escau, retrocausalidad) siguin resoltes.A més, en l'absència de qualsevol evidència experimental de la possibilitat del viatge en el temps, és teòricament més simple suposar que no pot ocórrer. De fet, el físic Stephen Hawking ha suggerit que l'absència de turistes del futur constituïx un fort argument en contra de l'existència del viatge en el temps. Això seria una variant de la paradoxa de Fermi (“si no hi ha visitants extraterrestres és perquè els extraterrestres no existeixen”), on es parlaria de viatgers “del temps” en lloc de “visitants extraterrestres”. Donades aquestes circumstàncies, uns altres suggereixen —als quals sostenen la posició de Stephen Hawking— que en el cas que en un futur l'ésser humà pogués viatjar al passat, aquest no podria regressar a un espai temporal anterior al moment de la posada a punt d'aquesta màquina del temps. També s'ha suggerit que al viatjar al passat estaríem “creant” un univers paral·lel i no viatjaríem a un passat determinat sinó a una còpia d'aquest però amb una diferència: un turista espacial. Tindríem així dos espais temporals simultanis: un on apareix un turista del temps i altre on no apareix. Aquesta seria una hipòtesi per a discutir-nos la paradoxa de “Si demà planejo un viatge a avui per a dir-me ‘hola’, per què avui no tinc un doble al costat meu dient-me ‘hola’?” No obstant això, assumint que el viatge temporal és possible, també resulta interessant per als físics la pregunta de per quina i quines lleis físiques impedeixen el viatge a través del temps.
Dimensions espacials i temporals d'un event, des del punt de vista de la llum.
