在哲學中，物理學哲學處理現代物理學中的概念和解釋問題，其中許多與某些理論物理學家所做的研究重疊。 物理學哲學大致可分為三個領域：

• 量子力學的解釋：主要涉及如何制定對測量問題的充分響應以及理解該理論對現實的看法。
• 空間和時間的本質：空間和時間是實體，還是純粹相關的？ 同時性是約定俗成的還是只是相對的？ 時間不對稱是否可以純粹還原為熱力學不對稱？
• 理論間關系：各種物理理論之間的關系，例如熱力學和統計力學。 這與科學還原的問題重疊。

空間和時間（或時空）的存在和性質是物理學哲學的中心主題。

時間通常被認為是一個基本量（即不能用其他量來定義的量），因為時間似乎是一個基本的基本概念，以至于無法用任何更簡單的東西來定義它。 然而，某些理論，如圈量子引力，聲稱時空是涌現的。 正如圈量子引力的創始人之一卡洛·羅韋利所說：時空中不再有場：只有場上場。 時間是通過測量來定義的——通過它的標準時間間隔。 目前，標準時間間隔（稱為常規秒，或簡稱為秒）定義為 133 銫原子超精細躍遷的 9,192,631,770 次振蕩。 （國際標準化組織 31-1）。 什么時間以及它是如何工作的遵循上面的定義。 然后可以在數學上將時間與空間和質量的基本量結合起來，以定義速度、動量、能量和場等概念。

牛頓和伽利略，以及20世紀以前的大多數人，都認為時間對于任何地方的每個人都是一樣的。現代時間概念是基于愛因斯坦的相對論和閔可夫斯基的時空，其中 時間速率在不同的慣性參照系中運行不同，空間和時間合并為時空。 愛因斯坦的廣義相對論以及遠去星系發出的光的紅移表明，整個宇宙甚至時空本身都始于大約 138 億年前的大爆炸。 愛因斯坦的狹義相對論大多（雖然不是普遍）使時間理論在形而上學上有一些關于現在的特殊之處似乎不太合理，因為時間的參考框架依賴性似乎不允許特權的想法 現在的時刻。

一些理論，尤其是狹義相對論和廣義相對論，表明合適的時空幾何或空間中某些類型的運動可以讓時間穿越到過去和未來。 有助于這種理解的概念包括封閉的類時曲線。

阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論（以及廣義相對論）預測可以解釋為時間旅行的時間膨脹。 該理論指出，相對于靜止的觀察者，運動速度更快的物體的時間似乎過得更慢：例如，移動的時鐘看起來走得慢； 當時鐘接近光速時，它的指針似乎幾乎停止移動。 流行的孿生悖論進一步討論了這種時間膨脹的影響。 盡管這些結果可以通過實驗觀察到，但愛因斯坦理論的一個內在方面是適用于 GPS 衛星和日常生活中使用的其他高科技系統運行的方程式。

廣義相對論允許第二種類似的時間旅行。 在這種類型中，遠處的觀察者看到深重力井底部時鐘的時間流逝更慢，而下降到深重力井中并拉回的時鐘將表明與靜止的靜止時鐘相比，時間流逝更少 與遠處的觀察者。

科學界的許多人認為逆向時間旅行是極不可能的，因為它違反了因果關系，即因果邏輯。 例如，如果你試圖回到過去并在你生命的早期階段自殺（或你的祖父，這導致了祖父悖論），會發生什么？ 史蒂芬霍金曾經提出，未來游客的缺席構成了反對時間旅行存在的有力論據——費米悖論的一種變體，時間旅行者而不是外星游客。

空間是物理學中為數不多的基本量之一，這意味著它不能通過其他量來定義，因為目前還沒有更基本的已知量。