Kurt Gödel a démontré que dans un univers en rotation et sans expansion, la relativité générale indique qu'un long voyage spatial peut conduire à revenir au point de départ à une date antérieure à celle du départ. Le résultat troubla Albert Einstein, qui n'imaginait pas que la relativité générale laisse la porte entrouverte à la possibilité de remonter le temps (la relativité restreinte l'interdisait). On sait par observation que l'univers ne vérifie pas les critères de Gödel (des physiciens considèrent même que parce qu'il autorise le voyage dans le temps, cet univers ne pourrait pas exister).
La relativité générale indique qu’il existerait des configurations dans lesquelles deux trous noirs sont reliés l’un à l’autre. Une telle configuration est habituellement appelée trou de ver ou plus rarement pont d’Einstein-Rosen. De telles configurations ont beaucoup inspiré les auteurs de science-fiction car proposant un moyen de voyager très rapidement sur des grandes distances, voire voyager dans le temps. En pratique, de telles configurations, si elles sont autorisées par la relativité générale, semblent totalement irréalisables dans un contexte astrophysique où elles ne présentent de ce fait aucun intérêt majeur.
La science-fiction prend ici le relais pour décrire un avenir où l’homme saura créer des boucles temporelles et maîtriser les coordonnées d’arrivées. Cela ne contredit pas l'argument de Stephen Hawking selon lequel le voyage temporel ne se fera pas car on aurait alors eu des visites de nos descendants: une boucle temporelle ne permettrait de remonter dans le temps que jusqu’à sa création, autrement dit, créée en 2300 et utilisée en 3000, elle ne permettrait de revenir qu’en l’an 2300 et pas avant.
Frank Tipler a proposé un montage qui autoriserait le voyage rétrograde dans le temps. Cependant le dispositif met en jeu de telles énergies qu'on peut douter de la possibilité, même théorique, de le fabriquer et surtout de le stabiliser.
Il est censé selon son auteur ne pas violer la causalité : il s'agit d'une application du principe de Turing via un générateur de réalité virtuelle (un immense calculateur quantique) qui permettrait à un observateur d'avoir une interactivité avec un passé parallèle au nôtre (donc différent du nôtre… mais identique en tout point !). L'interactivité avec ce passé parallèle ne produirait pas de paradoxe temporel. Physiquement possible selon son auteur, ce type de voyage reste pour l'heure du domaine de la spéculation.
L'ingénieur John William Dunne a soutenu dans An Experiment with Time (1927), que le rêve permettait de voyager virtuellement dans le temps : « Est-il possible que les rêves, les rêves en général, tous les rêves, les rêves de tout le monde, soient composés d'images provenant d'expériences passées et d'images d'expériences à venir, mélangées en proportions plus ou moins égales ? » Il a basé cette théorie sur une étude de ses propres rêves, dont certains furent prémonitoires : prémonition de l'éruption de la montagne Pelée, à la Martinique ou encore prémonition de l'accident du train postal Londres-Édimbourg.
J.R.R. Tolkien s'est inspiré de cette thèse dans certains de ses romans inachevés : The Lost Road, et The Notion Club Papers (publiés respectivement dans les vol. 5 et 9 de The History of Middle-earth). Une étude du rapport entre la théorie de Dunne et les textes de Tolkien est présentée dans V. Flieger, A Question of Time (1997).