En tidsresa är en förflyttning framåt eller bakåt i tiden utöver det som upplevs som normalt tidsflöde. Om tidsresor i någon intressant mening är möjliga eller inte är fortfarande omstritt inom forskarvärlden. Tidsresor framåt i tiden är egentligen oproblematiskt, till framtiden kommer vi genom att bara sitta och vänta, och det är väl belagt att väntetiden kan förkortas genom till exempel tidsdilatation i enlighet med Einsteins speciella relativitetsteori. Det som är problematiskt och kontroversiellt är om det går att resa bakåt i tiden.

I den gamla teorin om Newton så är rymd en förutbestämd container och tid var ett absolut flöde. I Einsteins teori var detta revolutionerande. Rymd blev nu ett flexibelt medium och tid kan nu ändras. Einstein insåg att om du rör dig snabbare så rör sig visaren på din klocka saktare. Ingen förstod Einstein´s teori eftersom det bara händer när du reser väldigt nära ljusets hastighet.

Det finns en väg inom fysikens lagar för att resa långa sträckor och fortfarande vara i livet och som faktiskt är relaterat till Einstein´s speciella relativitetsteori och tanken att om du kan resa väldigt nära ljusets hastighet så kommer tiden att sakta ner för dig. Och i denna mening, om du kunde resa mycket nära ljusets hastighet skulle en dag eller två passera istället för fyra år.

Maskhål är en hypotetisk skev rumtid som också är tillåtet enligt Einsteins relativitetsteori även om det skulle vara omöjligt att resa genom.

En föreslagen tidsresemaskin med hjälp av ett traversable maskhål skulle (hypotetiskt) fungera på följande sätt: Den ena änden av maskhålet accelereras till närheten av ljusets hastighet, kanske med några avancerade framdrivningssystem, och sedan förs tillbaka till utgångspunkt. Alternativt är ett annat sätt att ta entrén av maskhålet och flytta den till inom gravitationsfältet av ett föremål som har högre densitet än den andra ingången, och sedan tillbaka till en position nära den första ingången.

Båda dessa metoder orsakar tidsdilatation. Slutet av maskhålet som har flyttats är yngre än den stationära änden. Sett av en observatör som ser ändringarna utifrån kommer ej att se skillnaden på sin klocka. Någon som är ansluten till maskhålet ser förändringen.

En vanlig frågeställning när det rör tidsresor är, ifall det är möjligt att resa tillbaka i tiden och döda sin egen farfar, innan ens pappa blivit till. Om man lyckas, innebär det att man har förhindrat sin egen födelse, vilket i sin tur innebär att man aldrig kan göra tidsresan och därmed inte kan döda sin farfar.

Det finns olika teoretiska lösningar på farfarsparadoxen. En av de mest populära är att man genom att ändra sitt förflutna skapar en alternativ verklighet eller ett parallellt universum.
Ett annat förslag på är att det finns en naturlag som hindrar en från att ändra historien, så att om man försöker skjuta sin farfar kommer man alltid att missa: ett utvecklingsförlopp styrt av ödet. Ytterligare ett förslag är att tidsresenärer förbinder sig att inte påverka historien.