U kontekstu fizike, pojam prostor - vrijeme je matematički model koji miješa vrijeme i prostor kao dva koncepta koja su potpuno svojstvena. U ovom dugom vremenskom prostoru odvijaju se svi fizički događaji svemira; to prema teoriji relativnosti.
Einstein je bio taj koji je formulirao ovaj izraz prostor-vremena na temelju svoje teorije posebne relativnosti, koja kaže da se vrijeme ne može odvojiti od tri prostorne dimenzije, ali da kao i oni, vrijeme ovisi o stanju kretanja promatrača. Po prirodi će dva promatrača mjeriti različita vremena. Za interval između dva događaja, ta će razlika u vremenima ovisiti o relativnoj brzini između promatrača.
Na isti način, ako se pokrene teorija da svemir ima tri fizičke prostorne dimenzije koje se mogu promatrati, uobičajeno je vrijeme smatrati četvrtom dimenzijom; ostavljajući prostor-vrijeme kao četverodimenzionalni prostor.
Važno je naglasiti da prostor-vrijeme ima geometrijska svojstva koja su:
Metričko: ovo svojstvo simbolizira prostor vrijeme kao par (m, g), gdje "m" znači polurimanski diferencirani mnogostruk, a "g" metrički tenzor.
Sadržaj materijala u prostoru-vremenu: to daje tenzor energijskog impulsa, koji se izračunava izravno iz geometrijskih mjerenja iz metričkog tenzora.
Kretanje čestica: čestice koje se kreću kroz prostor-vrijeme slijedit će liniju minimalne duljine u zakrivljenom prostoru.
Skupine homogenosti, izotropije i simetrije: neka prostor-vremena imaju izometrijske skupine niže dimenzionalnosti. S druge strane, prostor-vrijeme je homogen kad obuhvaća homeoformnu podskupinu koja utječe na prostorne koordinate. Imat će opću izotropiju kad u jednoj od njezinih točaka postoji podskupina izometrije.
Topologija: povezana je s njezinom uzročnom strukturom. Na primjer, ako zatvorena vremenska krivulja postoji u prostoru-vremenu ili ako postoje Cauchyjeve hiperpovršine ili su prisutne nepotpune geodezijske karakteristike.
Konačno, u prostor-vremenu koje se koristi u posebnoj relativnosti, oboje se mogu pomiješati u četverodimenzionalnom prostoru, podrijetlom iz takozvanog Minkowskog prostor-vremena, Minkowsky, ovdje se identificiraju tri uobičajene prostorne dimenzije i dopunska vremenska dimenzija.
