实现途径
英国著名物理学家斯蒂芬·霍金在英国《每日邮报》上发表文章称，时光之旅在理论上是可行的，人类可以打开回到过去的大门和通向未来的捷径。但是斯蒂芬·霍金又举个例子，说：人可以穿越未来，不可穿越过去！——《和霍金一起走进宇宙世界》
霍金在文章中提出了三种理论上可行的时空旅行方式。
为了实现时光旅行，霍金首先建议人们接纳时间作为第四维的观念。他举了一个非常简单的例子：当人们驾驶汽车时，向前直行和向后倒车是第一维，向左或向右转弯是第二维，在山路上爬坡和下坡是第三维，那么时间就是第四维。我们怎样才能找到在第四维前行或后退的路径呢？
主要原理
“外祖父悖论”常被人拿来论证时间旅行不可能存在，但有些科学家则不这么认为。
2014年6月24日，澳大利亚昆士兰大学的科学家首次使用两个光量子（光子）模拟了量子粒子在时间中的旅行并对其“一举一动”进行了研究，结果表明，至少在量子尺度上，时间旅行是可以实现的。研究发表在较新一期的《自然·通讯》杂志上。
科学家们使用光子（光的单个粒子）来模拟回到过去的量子粒子并对其行为进行了研究。在实验中，他们对一个进行时间旅行的光子可能产生的两种结果进行了考察。第一种结果是：“1号光子”会通过虫洞进入过去并同以前的自己相互作用。第二种结果是：“2号光子”会在正常的时空内行进，但会通过虫洞同一颗卡在时间旅行环—封闭类时曲线（CTC，是物质粒子于时空中的一种世界线，其为“封闭”，亦即会返回起始点）内的光子相互作用。模拟“2号光子”的行为使“1号光子”的行为也能被研究，结果表明，时间旅行在量子尺度上可以实现。
逻辑疑问
十多年前，霍金曾经问过这样一个问题：假如时间旅行是可能的，为什么在我们周围至今尚未充斥着来自未来世界的时间旅行者呢？这个问题的潜台词是：时间旅行者没有来到我们周围，最有可能的原因是时间旅行在整个时间长河中——也就是永远——都没有实现过。当然，霍金并没有把这样的问题当作是对时间机器的一个认真的理论诘难。
不过，他的这个问题还是引起了一些物理学家的思考，并且他们找到了一种可能的回答：即我们目前所知的有可能实现时间旅行的理论模型，有一个很可能具有普适性的共同特点，那就是不允许时间旅行者回到时间机器存在之前的年代。
因此，假如公元2500年有人建造出了时间机器，那么时间旅行者只能访问公元2500年之后的年代，他们永远无法来到我们周围，更无法像一些科幻小说描绘的那样，回到史前时代去捕捉恐龙——那些历史已经或将要无可挽回地被时间长河所吞没，就像美国物理学家格林(BrianGreene)所说的：在时间机器建造成之前的每一个年代，都将成为我们以及我们的子孙后代永远无法触及的历史。
从这个意义上讲，如果时间旅行是可能的话，早一天建造出时间机器就是多拯救一天历史。
对于这个问题，理论物理学家加来道雄则认为，蚂蚁和现代人之间的距离就像现代人和可以操控普朗克能量的文明之间的距离一样（普朗克能量是探测非常小的距离以及操控时间机器所需要的能量，远大于我们目前可操控的能量）。因此，时间旅行者即使真的存在，也并不一定会主动接触现代人。
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霍金对穿越时空的驳论，霍金对穿越时空研究