การเดินทางข้ามเวลา
การเดินทางข้ามเวลา () เป็นแนวคิดเรื่องการเคลื่อนที่ (ที่มักจะทำให้เกิดขึ้นโดยฝีมือของมนุษย์) ระหว่างจุด 2 จุดที่มีความแตกต่างกันในห้วงเวลา หรือ ระหว่างห้วงเวลาหนึ่งไปยังอีกห้วงเวลาหนึ่ง ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่ระหว่างจุด 2 จุดที่มีความแตกต่างกันในพื้นที่ หรือ ปริภูมิ (space) ในลักษณะย้อนสู่อดีตหรือมุ่งสู่อนาคต โดยไม่จำต้องประเชิญห้วงเวลาที่คั่นระหว่างจุดเริ่มต้นกับจุดหมายปลายทาง ซึ่งอาจอาศัยเครื่องมือทางเทคโนโลยีที่เรียกกันว่า "จักรกลข้ามเวลา" (time machine) ไม่ว่าจะเป็นแนวคิดในนิยายหรือสมมุติฐานก็ตาม
แม้การเดินทางข้ามเวลาได้เป็นหัวเรื่องยอดนิยมในบันเทิงคดีแนววิทยาศาสตร์ (science fiction) มาแต่ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 และมีทฤษฎีมากหลายว่าด้วยวิธีเดินทางข้ามเวลา ทว่า บัดนี้ ตามกฎแห่งฟิสิกส์แล้วยังไม่ปรากฏว่ามีหนทางช่วยย้อนอดีตหรือลัดสู่อนาคตแต่ประการใด การเดินทางข้ามเวลาเป็นแนวคิดที่ได้รับการยอมรับในทางปรัชญาและในนิยายแต่ก็มีการยอมรับสนับสนุนที่จำกัดมากในทางฟิสิกส์ทฤษฎีที่มักจะใช้ร่วมกับกลศาสตร์ควอนตัมหรือทฤษฎีสะพานไอน์สไตน์–โรเซน (Einstein–Rosen bridge)
นวนิยายวิทยาศาสตร์ที่เขียนขึ้นในปี 1895 มีชื่อเรื่องว่า เดอะ ไทม์แมชชีน โดย เอช. จี. เวลส์ เป็นอุปกรณ์เครื่องจักรสำหรับใช้ในการเคลื่อนย้ายตัวละครเอกในเรื่องให้สามารถเดินทางผ่านข้ามกาลเวลาย้อนกลับไปในห้วงเวลาในอดีตหรือก้าวล่วงไปสู่อนาคตได้ตามแนวความคิดของการเดินทางข้ามเวลาที่เป็นแนวคิดในจินตนาการที่เป็นที่นิยมอย่างมากของสาธารณชนทั่วไปในยุคสมัยนั้น แต่มีเรื่องสั้นที่เขียนไว้ก่อนหน้านี้ คือ เรื่อง "นาฬิกาที่เดินถอยหลัง" (The Clock That Went Backward) โดย เอ็ดเวิร์ด เพจ มิทเชลล์ (Edward Page Mitchell) เป็นเรื่องซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้นาฬิกา, โดยใช้วิธีการที่ไม่ได้ระบุเอาไว้อย่างแน่ชัดที่อนุญาตให้ชายสามคน สามารถเดินทางข้ามเวลาย้อนกลับไปสู่อดีตได้ รูปแบบที่ไม่ใช่เทคโนโลยีของการเดินทางข้ามเวลาได้ปรากฏตัวขึ้นในหลายเรื่องก่อนหน้านี้ เช่น นวนิยายของ ชาร์ลส์ ดิกคินส์ เรื่อง "อะคริสต์มาสแครอล" (A Christmas Carol)
ไม่มีหลักฐานข้อมูลใด ๆ ในงานของนักประพันธ์ที่แสดงว่าควรจะได้รับการยอมรับว่าเป็นตัวอย่างแรกในเรื่องของการเดินทางข้ามเวลา เนื่องจากจำนวนของผลงานการเขียนของนักประพันธ์ในช่วงยุคต้น ๆ มีองค์ประกอบที่คลุมเครือไม่ชัดเจนเกี่ยวกับแนวทางในเรื่องของการเดินทางข้ามเวลา ในนิทานพื้นบ้านโบราณและตำนานที่เกี่ยวข้องบางอย่างเกี่ยวข้องกับสิ่งที่คล้ายกับการเดินทางข้ามเวลาไปในอนาคต ตัวอย่างเช่น ในตำนานของศาสนาฮินดู, มหากาพย์เรื่องมหาภารตะกล่าวถึงเรื่องราวของกษัตริย์ ริไวตะ (Revaita), ผู้ซึ่งได้เดินทางไปสวรรค์เพื่อพบกับพระพรหมผู้สร้างโลกและก็ต้องตกใจที่รู้ว่ากาลเวลาได้ผ่านไปนานมากเมื่อเขากลับมายังโลก
ในพระไตรปิฎกยังได้กล่าวถึงสภาพของห้วงเวลาที่แตกต่างกันไว้ในปายาสิราชัญญสูตร (Payasi Sutta) ซึ่งหนึ่งในพระอัครสาวกของพระพุทธเจ้า คือ พระกุมารกัสสปะ ได้อธิบายแก่พระเจ้าปายาสิ ผู้ที่มีความสงสัยได้ฟังว่า "สวรรค์ ของเหล่าเทวดาที่มีจำนวนสามสิบสามชั้นนั้น (ในพระสุดตันตปิฎก สวรรค์มีจำนวนทั้งหมด 26 ชั้น ซึ่งรวมทั้งชั้น อรูปพรหม ด้วย), จะมีสภาพของระยะเวลาที่แตกต่างกันและคนที่อาศัยอยู่ในที่นั้นจะมีอายุขัยคิดเป็นระยะเวลาที่ยาวนาน คือในช่วงระยะเวลาหนึ่งร้อยปีในโลกมนุษย์จะเท่ากับหนึ่งวันสำหรับพวกเหล่าเทวดาทั้งหลาย"
ในศาสนาอิสลามมีการอ้างอิงเกี่ยวกับเรื่องของการเดินทางข้ามเวลาบางส่วน ในอัลกุรอานได้บอกเกี่ยวกับบุคคลหลายคนที่ไปนอนหลับอยู่ในถ้ำเพียงเพื่อที่จะตื่นขึ้นมาหลังจากเวลาได้ผ่านไปแล้ว 309 ปี นอกจากนี้ยังมีการอ้างอิงเกี่ยวกับความแตกต่างของเวลาที่มีสภาวะคือ "วันหนึ่งสำหรับพระเจ้า (อัลเลาะห์) เป็นหนึ่งพันปีของสิ่งที่คุณนับ (เวลาของโลกมนุษย์)" แนวคิดที่คล้ายกันที่ได้อธิบายไว้ในหนังสือพระคัมภีร์คริสเตียนเล่มใหม่ของปีเตอร์ที่สอง (Christian New Testament book of II Peter), ที่นักบุญปีเตอร์ได้กล่าวว่า "ด้วยองค์พระผู้เป็นเจ้า, หนึ่งวันเป็นเหมือนหนึ่งพันปีและหนึ่งพันปีก็เป็นเหมือนหนึ่งวัน." (2 เปโตร 3:08)
หนึ่งในเรื่องที่เป็นที่รู้จักที่จะเกี่ยวข้องกับการเดินทางข้ามเวลาไปสู่อนาคตอันยาวไกลอีกเรื่องหนึ่งคือนิทานของญี่ปุ่นเรื่อง "อุระชิมะ ทะโร" (Urashima Tarō), มีเรื่องราวปรากฏครั้งแรกอยู่ในพงศาวดารญี่ปุ่น "นิฮงโชะกิ" (Nihongi) (720) มันเป็นเรื่องของชาวประมงหนุ่มคนหนึ่งชื่อ อุระชิมะ ทะโร (Urashima Taro) ที่ได้เข้าไปเที่ยวชมพระราชวังใต้ทะเลและอยู่ที่นั่นเป็นเวลาสามวัน หลังจากที่ได้กลับมาและไปยังหมู่บ้านของเขาเขาพบว่าตัวเองอยู่ในช่วงเวลาที่ได้ผ่านไปเป็นเวลานานถึง 300 ปีในอนาคต, เขาพบว่าตัวเองได้ถูกลืมเลือนไปแล้วเป็นเวลานานจากผู้คนในหมู่บ้าน, บ้านของเขาได้กลายเป็นซากปรักหักพังและครอบครัวของเขาได้ตายจากกันหมดไปนานแล้ว อีกตัวอย่างหนึ่งที่เก่าแก่มากของประเภทของเรื่องราวทำนองนี้สามารถพบได้ในคัมภีร์โบราณของศาสนายิวชื่อว่า ทัลมุด (Talmud) กับเรื่องราวของนักการศึกษาผู้คงแก่เรียนคนหนึ่งชื่อว่า ออนนี แฮมมีเกิล (Honi HaM'agel) ที่ได้นอนหลับไปเป็นเวลา 70 ปีและตื่นขึ้นมาอีกครั้งในโลกที่ลูกหลานของเขาได้กลายเป็นปู่ย่าตายายและโดยที่เพื่อน ๆ และคนในครอบครัวของเขาทุกคนได้พากันล้มหายตายจากเขากันไปหมดแล้ว
เมื่อเร็ว ๆ นี้ วอชิงตัน เออร์วิง (Washington Irving) ได้เขียนวรรณกรรมเรื่องสั้นไว้ในปี ค.ศ. 1819 เรื่อง "ริป แวน วิงเคิล" (Rip Van Winkle) โดยเล่าว่า ชายคนหนึ่งชื่อ ริป แวน วิงเคิล ตามเนื้อเรื่อง ริป แวน วิงเคิลคือชาวนิวยอร์กยุคก่อนสงครามปฏิวัติอเมริกันซึ่งได้ภรรยาเป็นจอมจุกจิก วันหนึ่งเมื่อถูกวาจาหยาบร้ายของภรรยาทิ่มตำมากๆ เข้า ริปจึงหลบไปจูงหมาเดินเล่นบนภูเขา จนกระทั่งได้เจอกลุ่มคนแคระซึ่งชวนให้เขาได้ดื่มน้ำ น้ำนี้เองได้ออกฤทธิ์ทำให้ริปผล็อยหลับไปเป็นเวลายี่สิบปี ตื่นขึ้นมาอีกทีก็ตอนแก่ ครั้นเดินกลับไปที่หมู่บ้านก็พบว่าภรรยาคู่เวรตายไปแล้ว ส่วนลูกสาวของเขาก็ได้เติบโตขึ้นและแต่งงานแล้ว กระทั่งสงครามปฏิวัติอเมริกันนั้นได้รบกันเสร็จแล้ว สังเกตได้จากรูปประธานาธิบดีจอร์จ วอชิงตันบนข้างฝาบ้านซึ่งมาแทนรูปพระเจ้าจอร์จที่สามเดิม การนอนหลับยังอาจใช้เป็นวิธีการเดินทางข้ามเวลาได้อีก เช่น ในนวนิยายของ เอช.จี. เวลส์ เรื่อง "The Sleeper Awakes", เป็นเรื่องของชายคนหนึ่งที่ได้ตื่นขึ้นมาหลังจากการนอนหลับจำศีลไปเป็นเวลานานถึง 200 ปี การนอนหลับเป็นเวลานาน, มากกว่าการใช้เครื่องไทม์แมชชีนดังเช่นที่คุ้นเคยกัน, จะถูกใช้เป็นวิธีการเดินทางข้ามเวลาในเรื่องราวเหล่านี้
การเดินทางข้ามเวลาไปในอดีตดูเหมือนว่าจะเป็นความคิดที่ทันสมัยมากกว่า แต่ที่มาของมันยังค่อนข้างคลุมเครือ เรื่องราวหนึ่งในช่วงยุคต้น ๆ กับคำพูดเปรียบเปรยของการเดินทางข้ามเวลาไปสู่อดีตเป็น"บันทึกความทรงจำของศตวรรษที่ยี่สิบ" (ค.ศ. 1733) (Memoirs of the Twentieth Century) โดยเซมมิว แมน (Samuel Madden), ซึ่งส่วนใหญ่เป็นชุดของจดหมายจากเอกอัครราชทูตอังกฤษในประเทศต่าง ๆ กับเสนาบดีฝ่ายการคลังของอังกฤษ, รวมทั้งการตอบกลับจดหมายเพียงไม่กี่ครั้งจากสำนักงานต่างประเทศของอังกฤษ, ทั้งหมดเป็นต้นฉบับที่เขียนขึ้นในปี ค.ศ. 1997 และปี ค.ศ. 1998 และอธิบายถึงสภาพของยุคสมัยนั้น อย่างไรก็ดี, เค้าโครงของเรื่องคือจดหมายเหล่านี้นั้นเป็นเอกสารที่เกิดขึ้นจริงที่ได้มอบไว้ให้กับผู้บรรยายโดยเทพารักษ์ประจำตัวของเขาในคืนหนึ่งในปี 1728; ด้วยเหตุนี้พอล อัลเกน (Paul Alkon) ได้ชี้ให้เห็นในหนังสือของเขาที่เป็นต้นกำเนิดของนวนิยายแห่งอนาคตว่า "นักท่องกาลเวลาคนแรกในวรรณคดีอังกฤษคือเทพารักษ์ผู้ที่กลับมาพร้อมกับเอกสารของรัฐจากในปี ค.ศ. 1998 ถึงปี ค.ศ. 1728", แม้ว่าหนังสือเล่มนี้ไม่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าทูตสวรรค์นั้นได้รับเอกสารเหล่านี้ไว้ สำหรับอัลเกนนั้นต่อมาภายหลังเขาก็ได้มีคุณสมบัติเหล่านี้ได้โดยการเขียนหนังสือ, "มันจะได้รับความเอื้ออาทรจากเราที่จะสรรเสริญในตัวของ แมดเดน (Madden) อย่างยืดยาวสำหรับการเป็นครั้งแรกที่แสดงถึงการที่มีนักเดินทางมาจากอนาคต", แต่ก็ยังกล่าวว่า แมดเดน นั้น "สมควรได้รับการยอมรับเป็นครั้งแรกที่จะเล่นกับความคิดที่อุดมไปด้วยการเดินทางข้ามเวลาในรูปแบบของสิ่งประดิษฐ์ที่จะส่งเขาย้อนเวลากลับมาจากอนาคตเพื่อที่จะได้รับการค้นพบในปัจจุบัน." 
ในปี 1836 แอแล็กแซนเดอร์ แวลท์เมน(Alexander Veltman) ได้ตีพิมพ์เผยแพร่ "Predki Kalimerosa: Aleksandr Filippovich Makedonskii" (บรรพบุรุษของแคลิมีรอส (Kalimeros): แอแล็กแซนเดอร์, ลูกชายของฟิลิปแห่งมาซีโดเนีย (The Forebears of Kalimeros: Alexander, son of Philip of Macedon)), ซึ่งถือได้ว่าเป็นนวนิยายวิทยาศาสตร์ของรัสเซียที่เป็นต้นฉบับเป็นครั้งแรกและเป็นนวนิยายเรื่องแรกที่ใช้วิธีการเดินทางข้ามเวลา ในเนื้อเรื่องนั้นผู้เล่าเรื่องได้ขี่ ฮิปโปกริฟฟ์ (Hippogriff) เพื่อเดินทางไปยังดินแดนกรีซโบราณ (ancient Greece) เพื่อพบกับอริสโตเติลและร่วมไปในการเดินทางกับอเล็กซานเดอร์มหาราชก่อนที่จะเดินทางกลับไปในศตวรรษที่ 19
ในหนังสือรวมเรื่องนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อเรื่องว่า "ขอบเขตอันไกลโพ้น" (1951) (Far Boundaries (1951)), บรรณาธิการ ออกิส เดอร์เลท (August Derleth) ได้ระบุเรื่องสั้นที่มีชื่อว่า "การหายตัวไปของโค้ชนักกีฬาคนหนึ่ง: ในการเกิดผิดยุคสมัย" (Missing One's Coach: An Anachronism) ที่เขียนขึ้นสำหรับ"นิตยสารวรรณกรรมในชื่อว่า ดับลิน" (Dublin Literary Magazine) โดยงานเขียนที่ไม่ระบุชื่อผู้เขียน (นักเขียนนิรนาม) ในปี 1838, อันเป็นเรื่องราวของการเดินทางข้ามเวลาที่ใช้เป็นแนวทางการเขียนกันมากในช่วงยุคต้น ๆ ในเรื่องนี้, ผู้บรรยายที่กำลังรอรถอยู่ใต้ต้นไม้ต้นหนึ่งโดยที่จะมีครูฝึกกีฬาคนหนึ่งขับรถผ่านมาแวะรับซึ่งจะนำเขาออกมาจากตัวเมืองนิวคาสเซิล, แต่แล้วเมื่อจู่ ๆ ทันใดนั้น เขาก็พบว่าตัวเองนั้นได้ถูกส่งให้ย้อนเวลากลับไปเป็นเวลาเมื่อกว่าหนึ่งพันปีล่วงมาแล้ว
หนึ่งในเรื่องแรก ๆ ที่มีลักษณะของการเดินทางข้ามเวลาโดยใช้วิธีการของเครื่องจักรกลคือ เรื่อง "นาฬิกาที่เดินถอยหลัง" (The Clock that Went Backward) โดย เอ็ดเวิร์ด เพจ มิทเชล (Edward Page Mitchell)
มีทฤษฎีบางทฤษฎีที่โดดเด่นที่สุด ได้แก่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป, ได้แนะนำถึงรูปทรงเรขาคณิตที่เหมาะสมของปริภูมิ-เวลา, หรือรูปแบบที่จำเพาะเจาะจงของการเคลื่อนที่ในอวกาศ, ที่อาจอนุญาตให้มีการเดินทางข้ามเวลาไปในอดีตและอนาคตได้ถ้ารูปทรงเรขาคณิตหรือการเคลื่อนที่เหล่านี้เป็นสิ่งที่เป็นไปได้ ในเอกสารทางเทคนิค, นักฟิสิกส์มักหลีกเลี่ยงการใช้ภาษาที่ธรรมดา ๆ ของ "การเคลื่อนย้าย" หรือ "การเดินทาง" ผ่านช่วงเวลา ("การเคลื่อนที่" โดยปกติหมายถึงเฉพาะการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งเชิงพื้นที่เป็นพิกัดของเวลาที่แตกต่างกัน), และจะพิจารณาเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของ "เส้นโค้งปิดเสมือนเวลา" (closed timelike curves), ซึ่งเป็นเส้นโลก (worldlines) แบบลูปปิดในกาลอวกาศ ที่อนุญาตให้วัตถุสามารถย้อนกลับไปในอดีตของตัวเองได้แทน มีวิธีการแก้สมการของทฤษฎีสัมพัทธทั่วไปที่ทราบกันว่าสามารถอธิบายถึงปริภูมิ-เวลาซึ่งบรรจุเส้นโค้งปิดของเวลาเสมือนไว้ได้ (เช่น ปริภูมิ-เวลาแบบเกอเดิล (Gödel spacetime) ) แต่ความมีเหตุผลทางกายภาพของการแก้ปัญหาเหล่านี้เป็นสิ่งที่มีความไม่แน่นอน
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทำนายว่าถ้าใครคนใดคนหนึ่งเคลื่อนที่ออกไปจากโลกที่ความเร็วความสัมพัทธ์และย้อนกลับมายังโลก, เวลาจะผ่านไปบนโลกมากขึ้นมากกว่าเวลาสำหรับนักเดินทางนั้น, ดังนั้นในแง่นี้เป็นที่ยอมรับกันว่าสัมพัทธภาพช่วยให้มี "การเดินทางไปในอนาคต" (ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นมีวัตถุประสงค์คือ จะไม่มีคำตอบเพียงคำตอบเดียวว่าเวลาได้ผ่านไปจริง ๆ เท่าไหร่ในระหว่างการเดินทางไปและย้อนกลับมา, แต่มีคำตอบที่เป็นวัตถุประสงค์ที่ว่า เวลาที่เหมาะสม (proper time) นานเท่าใดสำหรับการได้รับประสบการณ์จากทั้งผู้สังเกตบนโลกและผู้เดินทาง, กล่าวคือ, แต่ละคนนั้นจะมีอายุกันคนละเท่าไหร่; "ดู" ปัญหาฝาแฝดพิศวง) ในทางตรงกันข้ามหลายคนในที่ประชุมนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการเดินทางข้ามเวลาถอยหลังไม่น่าจะมีความเป็นไปได้อย่างสูง ทฤษฎีที่จะอนุญาตให้สามารถมีการเดินทางข้ามเวลาใด ๆ อาจจะเกิดปัญหาที่เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผลขึ้นได้ ตัวอย่างของปัญหาแบบคลาสสิกที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ของเหตุและผลคือ "ปฏิทรรศน์คุณปู่" (grandfather paradox) : จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคนใดคนหนึ่งจะกลับไปในเวลาและฆ่าปู่ของตัวเองเสียก่อนที่พ่อของตนได้ถือกำเนิดขึ้นมา? แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าความขัดแย้งดังกล่าวสามารถหลีกเลี่ยงได้, โดยมีความน่าสนใจจากหลักการอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างคือทั้ง หลักความสอดคล้องในตัวเองของนาฟวิคัฟ (Novikov self-consistency principle) หรือแนวคิดของเส้นทางแยกย่อยของจักรวาลคู่ขนาน (ดูส่วน 'ปฏิทรรศน์' ด้านล่าง) เช่น ใน การตีความแบบพหุโลกของเอเวอเรต-วีลเลอร์ (Everett–Wheeler many-worlds interpretation)
สตีเฟน ฮอว์คิงได้ชี้ให้เห็นว่าการที่ไม่มีการปรากฏตัวของนักท่องเที่ยวจากในอนาคต คือ ข้อโต้แย้งถึงการดำรงอยู่ของการเดินทางข้ามเวลาด้วยตัวแปรของปฏิทรรศน์เฟอร์มิ แน่นอนว่านี่จะไม่เป็นการพิสูจน์ให้เห็นได้ว่าการเดินทางข้ามเวลาเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ, เพราะมันอาจเป็นไปได้ว่าการเดินทางข้ามเวลานั้นมีทางเป็นไปได้ แต่มันอาจไม่เคยได้รับการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ขึ้นมา (หรือไม่เคยใช้ความระมัดระวังรอบคอบในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้); และถึงแม้ว่าอาจจะมีการพัฒนาขึ้นมาแล้วก็ตาม ฮอว์คิงยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าในสถานที่แห่งอื่น ๆ นั้นการเดินทางเพียงครั้งเดียวอาจเป็นไปได้ในขอบเขตของปริภูมิ-เวลาที่โค้งงอในเส้นทางที่ถูกต้อง, และซึ่งถ้าเราไม่สามารถสร้างขอบเขตดังกล่าวไปจนกระทั่งถึงช่วงเวลาในอนาคต แล้วการเดินทางข้ามเวลาจะไม่สามารถที่จะเดินทางย้อนกลับไปก่อน ณ วันที่เริ่มต้นออกเดินทางจากมา ดังนั้น "นี่จะเป็นคำอธิบายว่าทำไมเราจึงยังไม่เคยเจอะเจอนักท่องเที่ยวจากอนาคตเลย" คาร์ล เซแกนยังเคยชี้ให้เห็นความเป็นไปได้ที่ผู้เดินทางข้ามเวลาอาจจะเคยมาเยี่ยมเยียนพวกเรา แต่จะมีการปิดบังอำพรางตัวในการมีอยู่ของพวกเขาอย่างไรหรือไม่นั้นก็ไม่ได้รับการยืนยันได้ว่าจะเป็นนักเดินทางข้ามเวลาตัวจริง เป็นเพราะว่ามันจะเป็นการนำการเปลี่ยนแปลงความต่อเนื่องของปริภูมิ-เวลาโดยไม่ได้ตั้งใจที่สามารถนำมาเกี่ยวข้องกับผลลัพธ์ที่ไม่พึงประสงค์กับนักเดินทางเหล่านั้น
อย่างไรก็ตาม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้แนะนำถึงพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลาย้อนอดีตในสถานการณ์ที่ผิดปกติบางอย่าง, แม้ว่าข้อโต้แย้งจากความโน้มถ่วงกึ่งคลาสสิค (semiclassical gravity) ชี้ให้เห็นว่าเมื่อผลควอนตัมรวมอยู่ในสัมพัทธภาพทั่วไป, รูเปิดเหล่านี้อาจจะปิดตัวเองลง ข้อโต้แย้งเหล่านี้ได้ทำให้ฮอว์คิงนำไปใช้ในการกำหนดการคาดคะเนการปกป้องของลำดับเหตุการณ์ (chronology protection conjecture), ที่ชี้ให้เห็นว่ากฎพื้นฐานของธรรมชาติจะป้องกันไม่ให้มีการเดินทางข้ามเวลาได้, แต่นักฟิสิกส์ไม่สามารถที่จะตัดสินใจได้ชัดเจนเกี่ยวกับประเด็นนี้โดยปราศจากทฤษฎีโน้มถ่วงเชิงควอนตัมที่จะเชื่อมเอากลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้าไว้ด้วยกันจนกลายเป็นทฤษฎีเอกภาพ (unified theory) หรือ ทฤษฎีแห่งสรรพสิ่ง ได้อย่างสมบูรณ์แบบ
การเดินทางข้ามเวลาไปในอดีตที่ยอมรับได้ในทางทฤษฎีนั้นใช้วิธีการดังต่อไปนี้:
ถ้าใครคนใดคนหนึ่งสามารถเคลื่อนย้ายข้อมูลหรือสสารจากจุดใดจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วกว่าแสง, ดังนั้นตามสัมพัทธภาพพิเศษ, จะมีบางกรอบเฉื่อยของการอ้างอิงในการที่สัญญาณหรือวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะย้อนกลับไปในเวลาได้ นี้เป็นผลมาจากสัมพัทธภาพของความพร้อมกัน (relativity of simultaneity) ในสัมพัทธภาพพิเศษ, ซึ่งกล่าวว่าในบางกรณีกรอบอ้างอิงที่แตกต่างกันจะไม่ขัดแย้งกันไม่ว่าสองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในตำแหน่งที่แตกต่างกันเกิดขึ้น "ในเวลาเดียวกัน" หรือไม่ก็ตามและพวกมันยังสามารถที่จะไม่ขัดแย้งกับลำดับของสองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น (ในทางเทคนิคความขัดแย้งเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อระยะห่างของปริภูมิ-เวลา ระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็น 'อวกาศ-เสมือน' (space-like), หมายความว่าเหตุการณ์ทั้งสองตั้งอยู่ในกรวยแสงในอนาคตอื่น ๆ หากหนึ่งในสองเหตุการณ์ที่แสดงถึงการส่งสัญญาณจากตำแหน่งหนึ่งและเหตุการณ์ที่สองแสดงให้เห็นถึงการรับสัญญาณเดียวกันที่ตำแหน่งอื่น ๆ, แล้วตราบนั้นสัญญาณจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วของแสงหรือช้ากว่า, คณิตศาสตร์ของความพร้อมกันได้ทำให้แน่ใจว่าทุกกรอบอ้างอิงยอมรับว่าการส่งผ่านเหตุการณ์ได้เกิดขึ้นก่อนที่จะมีการรับเหตุการณ์นั้น ๆ
อย่างไรก็ตามในกรณีของสัญญาณสมมุติที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง, จะมีอยู่เสมอ ๆ ที่จะมีกรอบบางอันที่สัญญาณจะสามารถถูกรับได้ก่อนมันที่จะถูกส่งไปเพื่อให้สัญญาณดังกล่าวได้เคลื่อนที่ย้อนเวลากลับไป และเนื่องจากหนึ่งในสองพื้นฐานของสมมุติฐานของสัมพัทธภาพพิเศษที่กล่าวว่ากฎของฟิสิกส์ควรจะทำงานในลักษณะเดียวกันในทุกกรอบเฉื่อย, ดังนั้นถ้ามันมีความเป็นไปได้สำหรับสัญญาณที่จะเคลื่อนที่ย้อนเวลากลับไปสำหรับกรอบใดกรอบหนึ่ง, มันก็จะต้องมีความเป็นไปได้กับทุก ๆ กรอบเสมอ ซึ่งหมายความว่าหากผู้สังเกตการณ์ A จะส่งสัญญาณไปสู่ผู้สังเกตการณ์ B ซึ่งเคลื่อนที่แบบ FTL (เร็วกว่าแสง) เมื่อเทียบกับกรอบของผู้สังเกตการณ์ A แต่ย้อนเวลากลับไปเมื่อเทียบกับกรอบของ B, แล้วจากนั้น B ได้ส่งสัญญาณตอบกลับซึ่งเคลื่อนที่แบบ FTL เทียบกับกรอบของ B แต่ย้อนเวลากลับไปเทียบกับกรอบของ A, มันสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า A จะได้รับการตอบกลับนั้นก่อนที่จะมีการส่งสัญญาณต้นฉบับดั้งเดิมออกมา, อันเป็นวิธีการแก้ปัญหาสำหรับในเรื่องของการฝ่าฝืนหลักความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผลในทุก ๆ กรอบ
รูหนอนเป็นสมมติฐานของปริภูมิ-เวลาที่โค้งงอซึ่งจะได้รับอนุญาตโดยสมการสนามของไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป, แม้ว่ามันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเดินทางผ่านรูหนอนเว้นเสียแต่ว่ามันจะเป็นสิ่งที่เรียกว่า รูหนอนทะลุได้ (traversable wormhole) เท่านั้น
เครื่องมือสำหรับการเดินทางย้อนเวลาที่นำเสนอโดยใช้รูหนอนทะลุได้ (ตามสมมุติฐาน) จะทำงานในลักษณะดังต่อไปนี้: ปลายด้านหนึ่งของรูหนอนจะถูกทำให้เคลื่อนที่จนมีความเร่งอย่างมีนัยสำคัญบางอย่างเป็นสัดส่วนของอัตราเร็วของแสง, ซึ่งอาจจะใช้ระบบขับเคลื่อนขั้นสูงบางอย่าง, และสามารถที่จะนำปลายด้านนี้กลับไปที่จุดเริ่มต้นได้ หรืออีกวิธีหนึ่งคือการใช้ช่วงระยะเวลาหนึ่ง ณ บริเวณปากทางเข้าของรูหนอนและเคลื่อนย้ายมันไปให้อยู่ภายในสนามแรงโน้มถ่วงจากวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงสูงกว่าบริเวณปากทางเข้าอีกทางหนึ่ง , แล้วจากนั้นก็ย้ายมันกลับไปยังตำแหน่งเดิม สำหรับทั้งสองวิธีการดังกล่าวนี้ ทำให้เกิดการยืดออกของเวลาของส่วนทางด้านปลายของรูหนอนด้านที่ถูกทำให้เคลื่อนที่ไปทำให้ได้อายุเวลาที่มีค่าน้อยกว่าด้านส่วนปลายที่อยู่นิ่ง ๆ กับที่,
อีกวิธีหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับทรงกระบอกความหนาแน่นสูงที่มีการปั่นหมุนมักจะเรียกว่าทรงกระบอกทิปเลอร์ (Tipler cylinder)
การทดลองบางอย่างที่ได้ดำเนินการกันอยู่นั้นทำให้เกิดความประทับใจในความเป็นเหตุเป็นผลซึ่งกันและกันหรือเรื่องของเวรกรรมตามสนอง (reverse causality) กันอยู่ แต่ก็อาจจะต้องมีการตีความพิจารณาความหมายกันให้ถ่องแท้
มีหลายการทดลองที่ได้รับการดำเนินการเพื่อพยายามที่จะดึงดูดให้มนุษย์จากในยุคอนาคต, ที่อาจจะคิดค้นเทคโนโลยีการเดินทางข้ามเวลา, เดินทางย้อนเวลากลับมาและแสดงสาธิตให้เห็นถึงเทคโนโลยีนี้ให้ผู้คนของเวลาในปัจจุบันได้เห็น ดังเช่นเหตุการณ์ วันแห่งจุดหมายปลายทางที่เมืองเพิร์ธ (2005) หรือ การประชุมของนักเดินทางข้ามเวลา (Time Traveler Convention) ที่จัดขึ้นโดยสถาบันเอ็มไอที ซึ่งได้ทำการเผยแพร่ข่าวของการประชุมในครั้งนี้ด้วย "การโฆษณาประชาสัมพันธ์" อย่างหนักหน่วง เพื่อสำหรับกำหนดการและสถานที่ในการจัดประชุมสำหรับนักเดินทางจากอนาคตได้มาพบปะสังสรรค์กัน ย้อนกลับไปในปี 1982 กลุ่มในบัลติมอร์, จากมลรัฐแมริแลนด์. ที่ระบุตัวเองว่าเป็นโครเนนัท (Krononauts) ได้จัดกิจกรรมประเภทนี้ในการต้อนรับผู้มาเยือนจากอนาคต
มีหลายวิธีในการที่บุคคลสามารถ "เดินทางไปในอนาคต" ในความหมายเฉพาะ คือ บุคคลที่สามารถกำหนดหรือทำสิ่งต่าง ๆ ให้เกิดขึ้นเพื่อสำหรับเวลาในจำนวนเล็กน้อยของเวลาส่วนตัวของเขาเอง, โดยที่เวลาส่วนตัวสำหรับคนอื่น ๆ บนโลกได้ผ่านไปอย่างยาวนาน, ตัวอย่างเช่นผู้สังเกตการณ์อาจใช้เวลาเดินทางออกไปจากโลกและกลับมาที่ความเร็วสัมพัทธ์กับการเดินทางเป็นเวลานานเพียงไม่กี่ปีตามที่วัดได้จากนาฬิกาของตัวเองและเมื่อเดินทางกลับมายังโลกก็พบว่าเวลาบนโลกได้ผ่านไปนับเป็นพัน ๆ ปี ควรจะสังเกตว่าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้น ไม่มีคำตอบตามวัตถุประสงค์สำหรับคำถามที่ว่าระยะเวลา "จริง ๆ" ได้ผ่านไปนานเท่าไหร่ในระหว่างการเดินทาง; โดยที่มันจะมีความถูกต้องเท่าเทียมกันหรือไม่อย่างไรที่จะบอกว่าการเดินทางครั้งนี้ได้กินเวลาเพียงไม่กี่ปีที่ผ่านมาหรือว่า การเดินทางนั้นกินระยะเวลานานนับเป็นพัน ๆ ปี ซึ่งก็จะขึ้นอยู่กับการเลือกใช้กรอบอ้างอิงที่กำหนดให้เป็นจุดอ้างอิงของการเคลื่อนที่แต่เพียงเท่านั้น
"การยืดออกของเวลา" จะได้รับอนุญาตโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและสัมพัทธภาพทั่วไปของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ทฤษฎีนี้กล่าวว่า, เมื่อเปรียบเทียบกับผู้สังเกตการณ์, เวลาได้ผ่านไปช้ามากสำหรับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไปอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับผู้สังเกตนั้น, หรือวัตถุนั้นอยู่ลึกลงไปภายในบ่อแรงโน้มถ่วง (gravity well) ยกตัวอย่างเช่น นาฬิกาที่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์จะมีการวัดการทำงานได้ช้าลงในกรอบอ้างอิงของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่ง (rest frame);
การรับรู้เส้นทางเวลา (Time perception) สามารถเร่งอัตราให้เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัดสำหรับสิ่งมีชีวิต โดยผ่านการจำศีล (hibernation), เมื่อการปรับอุณหภูมิกาย (body temperature) และอัตราการเผาผลาญอาหาร หรือ เมแทบอลิซึม (metabolic rate) ของสิ่งมีชีวิตลดลง ในเวอร์ชันที่สุดขั้วมากกว่านี้นั้นจะมีการระงับการเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิต (suspended animation) ที่อัตราของกระบวนการทางเคมีที่มีการลดลงอย่างรุนแรง
การยืดออกของเวลา (Time dilation) และการระงับการเคลื่อนไหวของชีวิตเพียงแต่ช่วยทำให้ "การเดินทาง" ข้ามเวลาไปสู่ช่วงเวลาในอนาคตได้เท่านั้น, ไม่เคยใช้กับการเดินทางย้อนเวลากลับไปสู่อดีต, ดังนั้น พวกเขาจึงไม่ได้ทำการล่วงละเมิด "เหตุภาพ" (causality) แต่อย่างใด และมันก็เป็นที่ถกเถียงกันว่าพวกเขาควรจะเรียกปรากฏการณ์แบบนี้ว่าคือ การเดินทางข้ามเวลา ได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม การยืดออกของเวลาสามารถถูกมองได้ในมุมมองที่ดีกว่าสำหรับการทำความเข้าใจของเราในการใช้คำว่า "การเดินทางข้ามเวลา" มากกว่าการใช้คำว่า การระงับการเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิต, เนื่องด้วยช่วงเวลาของการยืดออกของเวลาใช้เวลาน้อยกว่าช่วงเวลาที่แท้จริงที่ได้ล่วงผ่านนักเดินทางข้ามเวลาไปช้ากว่าผู้ที่ยังคงอยู่เบื้องหลังการเดินทางของเขา, ดังนั้น นักเดินทางข้ามเวลาสามารถกล่าวได้ว่าเขาได้ข้ามเวลามาถึงช่วงเวลาในอนาคตได้เร็วกว่าคนอื่น ๆ, ในทางตรงกันข้ามกับการระงับการเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตนี้ไม่ได้เป็นกรณีศึกษาแต่อย่างใด
มันคือการตั้งสมมติฐานในเรื่องของการเดินทางข้ามเวลาไปสู่อนาคตที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความเป็นไปได้, การทดลองกระทำโดยใช้แสงเลเซอร์ที่ฉายส่องให้ลำแสงวิ่งมาตัดกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมให้เกิดเป็นพื้นที่หรือปริภูมิบริเวณเล็ก ๆ เพื่อให้เกิดการหมุนวนเวียนบิดเบี้ยวไปตามลำแสงแทนการหมุนรอบตัวเองของวัตถุที่มีขนาดมวลหนักแน่นยิ่งยวด (super massive object) ดังนั้น เมื่อพื้นที่หรือปริภูมิตรงบริเวณส่วนเล็ก ๆ นั้นเกิดการบิดเบี้ยวแล้ว มิติของเวลาก็จะเกิดการบิดเบี้ยวตามไปด้วย (ซึ่งในทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น เวลาเป็นมิติหนึ่งในปริภูมิ-เวลา) ถ้าอนุภาคย่อยของอะตอม (subatomic) ที่มีอายุชีวิตสั้นได้ถูกสังเกตเห็นในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้นก็จะสามารถบอกได้ว่ามันได้เดินทางไปในอนาคตด้วยการเคลื่อนที่โดยอัตราของความเร่ง
หลักความสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟ (Novikov self-consistency principle) และการคำนวณโดย คิบ เอส โตร์น (Kip S. Thorne) ได้ระบุเอาไว้ว่าคนธรรมดาสามัญชนที่ได้มีการเดินทางข้ามเวลาผ่านทางรูหนอนนั้นจะไม่เคยก่อให้เกิดปฏิทรรศน์we are on for aหรือความขัดแย้งขึ้นแต่อย่างใด-ไม่มีสภาวะเงื่อนไขเริ่มต้นที่จะนำไปสู่​​ความขัดแย้งเมื่อครั้งซึ่งการเดินทางข้ามเวลานั้นได้มีการเริ่มต้นขึ้น
แนวคิดจักรวาลคู่ขนานอาจจะถูกเสนอแนะให้เป็นวิธีการที่จะออกจากปัญหาของความขัดแย้งหรือปฏิทรรศน์ได้ การตีความแบบพหุโลกของอีเวอเรตต์ (Everett's many-worlds interpretation หรือ (MWI)) ในกลศาสตร์ควอนตัมแสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนั้นมีความเป็นไปได้ทั้งหมดทางควอนตัมที่จะสามารถเกิดขึ้นได้ในประวัติศาสตร์พิเศษร่วมกัน จักรวาลแบบมีทางเลือก, หรือจักรวาลแบบคู่ขนานเหล่านี้, จะเปรียบเทียบได้กับรูปสัญลักษณ์ของต้นไม้ที่จะแผ่กิ่งก้านสาขาออกไปที่จะแทนผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการมีปฏิสัมพันธ์ใด ๆ ในเส้นทางประวัติศาสตร์แต่ละเส้นทางนั้น ถ้าความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งหมดนั้นมีอยู่จริง, ปฏิทรรศน์ หรือ ความขัดแย้งใด ๆ อาจจะสามารถอธิบายได้โดยมีเหตุการณ์ที่มีปฏิทรรศน์ หรือ ความขัดแย้งได้เกิดขึ้นในจักรวาลที่มีความแตกต่างกันเหล่านั้น แนวคิดนี้มักจะถูกนำไปใช้ในนิยายวิทยาศาสตร์เป็นส่วนใหญ่ แต่นักฟิสิกส์บางคน เช่น เดวิด ด๊อยท์สช (David Deutsch) ได้ชี้ให้เห็นว่า ความเป็นไปได้ทั้งหมดของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในจักรวาลที่มีความแตกต่างกันนั้น จะเกิดขึ้นได้ถ้าการเดินทางข้ามเวลามีความเป็นไปได้จริง และ หลัก MWI นั้นมีความถูกต้อง
ปรากฏการณ์ในทางกลศาสตร์ควอนตัม เช่น การเคลื่อนย้ายสสารเชิงควอนตัม (Quantum teleportation), ปฏิทรรศน์อีพีอาร์ (the EPR paradox) หรือ การพัวพันกันเชิงควอนตัม (หรือ ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ (Quantum entanglement)) อาจจะมีปรากฏให้เห็นอยู่ในเรื่องราวเกี่ยวกับการสร้างกลไกที่ช่วยทำให้เกิดการติดต่อสื่อสารระหว่างกันและกันในระยะทางที่ไกลมาก ๆ เช่น ในระยะทางระหว่างดวงดาว ที่มีอัตราเร็วมากกว่าแสง (FTL) หรือ ในเรื่องของการเดินทางข้ามเวลา, และในความเป็นจริงแล้วการตีความบางส่วนของกลศาสตร์ควอนตัม เช่น การตีความแบบโบห์ม (Bohm interpretation) เข้าใจว่าข้อมูลบางอย่างจะถูกแลกเปลี่ยนกันระหว่างอนุภาคอย่างทันทีทันใดเพื่อที่จะรักษาความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเอาไว้ 
ปรากฏการณ์นี้จะถูกเรียกว่า "การกระทำของผีจากระยะไกล" (spooky action at a distance) โดยผู้ที่ให้คำจำกัดความนี้ก็คือ ไอน์สไตน์
ทฤษฎีของการเดินทางข้ามเวลาจะเต็มไปด้วยคำถามเกี่ยวกับเรื่องของเหตุภาพ (causality) และปฏิทรรศน์
เรื่องหนึ่งที่มักจะนำไปสู่การสนทนาในทางปรัชญาเกี่ยวกับเวลาคือความคิดที่ว่า, ถ้าใครคนใดคนหนึ่งสามารถที่จะย้อนเวลากลับไปได้, ความขัดแย้งหรือปฏิทรรศน์จะเกิดขึ้นเป็นผลตามมา ถ้านักเดินทางข้ามเวลาได้ทำการเปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ ตัวอย่างที่ดีที่สุดของเรื่องนี้คือปฏืทรรศน์คุณปู่และแนวความคิดเรื่อง ออโต้เอนแฟนทีไซด์ (autoinfanticide) (คำอ่านในภาษาเยอรมัน เอาท์โทเอนแฟนทีไซด์)
ออโต้เอนแฟนทีไซด์ (นิยายวิทยาศาสตร์) คือ การกระทำของการที่จะย้อนเวลากลับไปในอดีตที่ผ่านมาและฆ่าตัวเองให้ตายเมื่อยังเป็นทารก) ปฏิทรรศน์คุณปู่เป็นสถานการณ์สมมุติซึ่งนักเดินทางข้ามเวลาได้เดินทางย้อนเวลากลับไปและพยายามจะฆ่าคุณปู่ทางฝ่ายพ่อของเขาในเวลาก่อนที่คุณปู่ของเขาจะได้พบกับคุณยายของเขา ถ้าเขาทำเช่นนั้น, แล้วพ่อของเขาก็จะไม่ได้เกิดมา, และก็จะทำให้ตัวของนักเดินทางข้ามเวลาเองก็จะไม่ได้เกิดขึ้นมาด้วยเช่นกัน, ซึ่งในกรณีนี้ก็จะทำให้นักเดินทางข้ามเวลาก็จะไม่เคยที่จะได้ย้อนเวลากลับไปเพื่อที่จะได้ฆ่าคุณปู่ของเขาเลย ปฏืทรรศน์ในบางครั้งจะถูกกำหนดด้วย ออโต้เอนแฟนทีไซด์ ที่นักเดินทางข้ามเวลาได้ย้อนเวลากลับไปและพยายามที่จะฆ่าตัวเองให้ตายตั้งแต่ยังเป็นทารก ถ้าเขาจะทำเช่นนั้นเขาก็จะไม่ได้เติบโตขึ้นมาเพื่อที่จะได้ย้อนเวลากลับไปฆ่าตัวเองให้ตายตั้งแต่เมื่อครั้งยังเป็นทารก
การพิจารณาในเรื่องนี้เป็นสิ่งที่สำคัญกับปรัชญาของการเดินทางข้ามเวลาเพราะนักปรัชญามีความสงสัยอยู่ว่าปฏิทรรศน์เหล่านี้จะทำให้การเดินทางข้ามเวลานั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ นักปรัชญาบางคนได้ตอบคำถามเกี่ยวกับปฏิทรรศน์ที่เกิดขึ้นเหล่านี้โดยให้เหตุผลว่ามันอาจจะเป็นกรณีที่การเดินทางข้ามเวลาย้อนกลับไปสู่อดีตนั้นจะเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ แต่มันจะเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้อย่างแท้จริงที่จะ"เปลี่ยนแปลง"อดีตที่ผ่านมาแล้วไม่ว่าจะโดยในทางใดทางหนึ่งก็ตาม, เป็นแนวความคิดที่คล้ายกันกับที่นำเสนอ หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟ ในวิชาฟิสิกส์
หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟ (Novikov self-consistency principle), ที่ถูกตั้งชื่อหลังจากที่ อิกอร์ ดมิทรีอาวิช นาวิคอฟ (Igor Dmitrievich Novikov), ได้กล่าวว่า การกระทำใด ๆ, ที่เกิดโดยนักเดินทางข้ามเวลาหรือโดยวัตถุที่เดินทางย้อนเวลากลับไป, ที่เป็นส่วนหนึ่งของประวัติศาสตร์ตลอดช่วงระยะเวลาในระหว่างอดีตที่ผ่านมาแล้วจนถึงตอนนี้ และดังนั้นมันจึงเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้สำหรับนักเดินทางข้ามเวลาในการที่จะ "เปลี่ยนแปลง" ประวัติศาสตร์ในทางใดทางหนึ่ง การกระทำที่เกิดจากนักเดินทางข้ามเวลาอาจเป็น"สาเหตุ"ของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในอดีตของตัวเขาเอง, ซึ่งจะชักนำไปสู่ศักยภาพในการทำให้เกิดวงจรแห่งเหตุ (circular causation) บางครั้งก็เรียกว่า ปฏิทรรศน์พรหมลิขิต (predestination paradox), ปฏิทรรศน์แห่งภววิทยา, หรือ ปฏิทรรศน์เชือกถักรองเท้าบูท (bootstrap paradox) คำว่า ปฏิทรรศน์เชือกถักรองเท้าบูท เป็นคำเรียกที่นิยมจากหนังสือนวนิยายวิทยาศาสตร์ของ โรเบิร์ต เอ. ไฮน์ไลน์ (Robert A. Heinlein) เรื่อง "วัฏจักรเวลา" (By His Bootstraps) หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟแนะว่ากฎเฉพาะแห่งของฟิสิกส์ (local laws of physics) ในขอบเขตอาณาบริเวณของกาลอวกาศที่มีนักเดินทางข้ามเวลาอยู่จะไม่มีความแตกต่างใด ๆ ไปจากกฎเฉพาะแห่งของฟิสิกส์ในขอบเขตอาณาบริเวณอื่น ๆ ของกาลอวกาศ
นักปรัชญาชื่อ เคลลี่ แอล รอสส์ (Kelley L. Ross) ได้ระบุใน "ปฏิทรรศน์ของการเดินทางข้ามเวลา" ว่าในสถานการณ์ของปฏิทรรศน์แห่งภววิทยาที่เกี่ยวข้องกับวัตถุทางกายภาพ, อาจจะมีการละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ รอสส์ใช้ภาพยนตร์เรื่อง "ลิขิตรักข้ามกาลเวลา" (Somewhere in Time) เป็นตัวอย่างที่ตัวละครที่รับบทโดย เจน ซีมัวร์ (Jane Seymour) มอบของแก่ตัวละครที่รับบทโดย คริสโตเฟอร์ รีฟ (Christopher Reeve) เป็นนาฬิกาที่เธอเป็นเจ้าของมานานหลายปีแล้ว, และเมื่อเขาเดินทางย้อนเวลากลับไปในอดีตเขาก็ได้ให้นาฬิกาแบบเดียวกันกับตัวละครเจน ซีมัวร์ เมื่อ 60 ปีที่ผ่านมา ดังที่รอสส์ได้กล่าวไว้ว่า: นาฬิกาเป็นวัตถุที่เป็นไปไม่ได้ มันฝ่าฝืนกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กฎแห่งเอนโทรปี รอสส์ระบุว่าเอนโทรปีในนาฬิกาจะเพิ่มขึ้น นาฬิกาที่รีฟนำกลับมาจะถูกใช้จนเก่ามากกว่านาฬิกาที่ซีมัวร์ได้รับมา กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เป็นที่เข้าใจกันโดยนักฟิสิกส์สมัยใหม่ในอันที่จะเป็นกฎทางสถิติ, ดังนั้น การลดลงของเอนโทรปีหรือการไม่เพิ่มขึ้นของเอนโทรปี (decreasing entropy or non-increasing entropy) จึงไม่ใช่สิ่งที่เป็นไปไม่ได้, เพียงแต่เป็นเรื่องยากที่จะเกิดขึ้น นอกจากนี้, เอนโทรปีจะเพิ่มจำนวนขึ้นในทางสถิติในระบบที่แยกตัวโดดเดี่ยว, ดังนั้นระบบที่ไม่โดดเดี่ยวดังเช่นวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอกอาจทำให้วัตถุนั้นดูเก่าลงและลดการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีในระบบและเป็นสิ่งที่เป็นไปได้สำหรับวัตถุที่มีเส้นโลก (world-line) อยู่ในรูปแบบของวงบ่วงปิดที่ถูกทำให้อยู่ในสภาพเดียวกันอยู่เสมอในจุดเดิมของประวัติศาสตร์
รูปแบบการเดินทางข้ามเวลาในนิยายวิทยาศาสตร์และสื่อต่าง ๆ โดยทั่วไปจะสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทใหญ่ ๆ ด้วยกัน (ขึ้นอยู่กับผลกระทบต่อวิธีการที่มีความแตกต่างกันอย่างยิ่งยวดและหลากหลาย) ซึ่งแต่ละประเภทสามารถแบ่งซอยย่อยต่อไปได้อีก อย่างไรก็ตาม, ไม่มีชื่ออย่างเป็นทางการสำหรับรูปแบบของการเดินทางข้ามเวลาในทั้งสองประเภทนี้, ดังนั้นจากแนวความคิดแทนที่จะถูกเรียกชื่ออย่างที่เป็นทางการก็จะเป็นการนำมาใช้กับข้อสังเกตเกี่ยวกับสิ่งที่อยู่ในแต่ละประเภทที่นักเดินทางข้ามเวลาจะอยู่ภายใต้กฏเกณฑ์นั้น (หมายเหตุ: การจำแนกประเภทเหล่านี้ไม่ได้อยู่ที่วิธีการของการเดินทางข้ามเวลาของตัวเอง, คือวิธีการที่จะเดินทางผ่านเวลา แต่จะเรียกชื่อตามความสนใจในกฎเกณฑ์ที่แตกต่างกันของสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับประวัติศาสตร์มากกว่า) ตามที่ใช้ในส่วนนี้ เส้นเวลาหมายถึงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทางกายภาพทั้งหมดในประวัติศาสตร์, เพื่อที่ว่าในเรื่องของการเดินทางข้ามเวลานั้น เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจะสามารถถูกเปลี่ยนแปลงได้, นักท่องกาลเวลาสามารถที่จะสร้างเส้นเวลาใหม่หรือปรับเปลี่ยนเส้นเวลาได้ตามใจชอบ
ในเรื่อง "ดอกเตอร์ฮู" ตัวละครเอกของเรื่องคือ ดอกเตอร์ (Doctor) ได้อ้างว่าเวลานั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในชั่วขณะใด ๆ ในเรื่อง ดอกเตอร์สี่ชาติ (Fourth Doctor) ในซีรีส์ชุด "พีระมิดแห่งดาวอังคาร" (Pyramids of Mars) เพื่อนร่วมเดินทางสาวของดอกเตอร์ที่ชื่อว่า ซาร่าห์ เจนสมิธ ได้กล่าวว่าพวกเรานั้นสามารถออกเดินทางข้ามเวลาจากในปี ค.ศ. 1911, แม้ว่าจะมีมนุษย์ต่างดาวอย่างเทพเซต (Sutekh) พยายามที่จะแยกตัวเองเป็นอิสระในขณะที่เธอได้เดินทางข้ามเวลามาจากเมื่อปี 1980 และรู้ว่าโลกไม่ได้ถูกทำลายในปี 1911 ซึ่งเทพเซตนั้นเป็นมนุษย์ต่างดาวที่เป็นจอมทำลายล้างที่ได้ถูกกักขังไว้ที่โลกในปี 1911 และหลบหนีออกมาได้ โดยการเดินทางข้ามเวลา และกำลังจะทำลายทุกสิ่งทุกอย่างในช่วงเวลาปัจจุบัน คือ ในปี 1980 ดังนั้นเพื่อยุติการทำลายล้างของเทพเซต ทั้งดอกเตอร์ และซาร่าห์ ตกลงใจที่จะเดินทางย้อนเวลากลับไปในปี 1911 เพื่อหาทางขัดขวางไม่ให้เทพเซตหลบหนีมาสู่ช่วงเวลายุคอนาคตได้ เพราะซาร่าห์รู้ดีว่าโลกไม่ได้ถูกทำลายในปี 1911 พวกเขาสามารถย้อนกลับไปปี 1911 อย่างปลอดภัย และในที่สุดหลังจากผ่านการต่อสู้วุ่นวาย ในปี 1911 ที่โลก ดอกเตอร์ก็สามารถปรับเปลี่ยนจุดหมายปลายทางของเทพเซต ที่หลบหนีผ่านกาลเวลาให้ไปโผล่ในอีกหมื่นปีข้างหน้าในอนาคต ซึ่งพวกเขารู้ดีว่าเทพเซต จะหมดอายุแก่ตายเสียก่อนไปถึงปลายทาง
มีนักฟิสิกส์หรือนักปรัชญาไม่กี่คนที่มีการดำเนินการอย่างจริงจังถึงความเป็นไปได้ของ "การเปลี่ยนแปลง" ของช่วงเวลาที่เป็นอดีตที่ผ่านมายกเว้นในกรณีของจักรวาลหรือเอกภพที่มีอยู่หลายจักรวาล (multiple universes) (หรือเรียกกันตามศัพท์อย่างเป็น "วิชาการ" หน่อยเช่น "โลกคู่ขนาน" หรือ "เอกภพคู่ขนาน" ) และในความเป็นจริงหลายคนแย้งว่าแนวความคิดนี้ก็คือ "ความไม่สมเหตุสมผลกันตามหลักตรรกวิทยา" (logically incoherent) ดังนั้นแนวความคิดของเส้นเวลาที่ไม่แน่นอนจึงเป็นที่ยอมรับกันว่าไม่ค่อยได้ออกไปนอกกรอบของจินตนาการหรือแนวคิดของนิยายวิทยาศาสตร์มากนัก
ข้อคัดค้านที่ถูกยกขึ้นเป็นประเด็นในบางครั้งเมื่อเปรียบเทียบกับแนวคิดของไทม์แมชชีน หรือ เครื่องจักรกลข้ามเวลา ในนิยายวิทยาศาสตร์ก็คือ การที่พวกเขาไม่สนใจการเคลื่อนที่ของโลก (เช่น การหมุนรอบตัวเอง และ การโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลก) ในช่วงระหว่างวันเวลาที่เครื่องจักรกลข้ามเวลาได้ออกเดินทางในเที่ยวขาไปและวันเวลาที่จะกลับมา ณ จุดตั้งต้นที่เดิมในเที่ยวขากลับ แนวความคิดที่ว่านักเดินทางสามารถเข้าไปสู่เครื่องจักรที่จะส่งให้เขาหรือเธอนั้นได้ออกเดินทางข้ามกาลเวลาไปในปี ค.ศ.1865 และก้าวย่างออกมาจากเครื่อง ณ ตรงจุดบริเวณตำแหน่งที่เดียวกันบนโลกเหมือนเมื่อตอนแรกเริ่มออกเดินทางข้ามเวลาจากมานั้น อาจจะกล่าวได้ว่าอาจจะมีการละเลย หรือ ไม่ได้มีการสนใจถึงประเด็นปัญหาที่โลกขณะกำลังโคจรผ่านไปในพื้นที่บริเวณที่อยู่รอบ ๆ ดวงอาทิตย์เลยก็ว่าได้, ซึ่งการเคลื่อนที่โคจรไปในกาแล็คซี่, และการเคลื่อนที่แบบอื่น ๆ อีก, เพื่อที่ว่าการให้การสนับสนุนในข้อโต้แย้งจากแนวความคิดจินตนาการนี้ว่าน่าจะ "สมจริง" กว่านี้นั้น โดยแท้จริงแล้วเครื่องไทม์แมชชีนควรปรากฏตัวขึ้นอีกครั้งอยู่ในบริเวณพื้นที่ที่ห่างไกลออกไปจากตำแหน่งของโลก ณ วันที่เริ่มต้นออกเดินทางนั้นอันเนื่องมาจากโลกเกิดการเคลื่อนที่เปลี่ยนตำแหน่งไปจากเดิมในอวกาศนั่นเอง อย่างไรก็ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพปฏิเสธความคิดของเวลาและปริภูมิสัมบูรณ์ (absolute time and space); ในทฤษฎีสัมพัทธภาพจะต้องไม่มีความจริงสากลเกี่ยวกับระยะทางเชิงพื้นที่ระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน (เช่น เหตุการณ์บนโลกในวันนี้และเหตุการณ์บนโลกในปี 1865), และดังนั้นจึงไม่มีความจริงแห่งวัตถุวิสัย (objective truth) ซึ่งจุดในปริภูมิในช่วงเวลาหนึ่งคือที่ "ตำแหน่งเดียวกัน" ซึ่งโลกเคยปรากฏอยู่ช่วงเวลาอื่น
แก่นเรื่องหรือประเด็นหลักของการเดินทางข้ามเวลาในนิยายวิทยาศาสตร์และในสื่อต่าง ๆ โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 หมวดใหญ่ ๆ คือ แนวเรื่องที่ใช้แนวคิดแบบเส้นเวลาแบบไม่เปลี่ยนรูป (immutable timeline); แนวเรื่องที่ใช้แนวคิดแบบเส้นเวลาแบบเปลี่ยนรูป (mutable timeline); และ แนวเรื่องที่ใช้แนวคิดแบบประวัติศาสตร์แบบมีทางเลือก (alternate histories), เช่นเดียวกับการมีปฏิสัมพันธ์แบบการตีความแบบพหุโลก (interacting-many-worlds interpretation) ในนวนิยาย, "เส้นเวลา" (timeline) ใช้เพื่ออ้างอิงถึงเหตุการณ์ทางกายภาพทั้งหมดในประวัติศาสตร์, เพื่อที่ว่าเรื่องราวในการเดินทางข้ามเวลาที่เหตุการณ์สามารถที่จะถูกเปลี่ยนแปลงได้, นักเดินทางข้ามเวลาจะอธิบายได้ว่ามีการสร้างเส้นเวลาใหม่หรือเส้นเวลาที่มีการเปลี่ยนแปลง การใช้คำนี้แตกต่างจากการใช้คำว่าเส้นเวลาเพื่ออ้างถึงประเภทของแผนภูมิที่แสดงให้เห็นถึงชุดของเหตุการณ์โดยเฉพาะ, และแนวคิดนี้ก็แตกต่างจากคำว่าเส้นโลก, ซึ่งเป็นคำที่มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ซึ่งหมายถึงประวัติศาสตร์ทั้งหมดของวัตถุเอกเทศ