在哲学意义上，时间和空间的存在是用以表达事物的演化过程和秩序。它们都是一种绝对概念，时间表示永远向前，是没有起始和终结的一种存在，而空间则是抽象的生灭范围。在物理学上，时间和空间是用来描述物体物理运动的两个维度，成为构成物理学的两个基石。宇宙大爆炸理论认为，时间的起点源自于宇宙爆炸的奇点；而经典时空观则表示，时间是在物体及其运动之外而独立存在的。从一般的意义上讲，时间是物质存在的“持续”属性，空间是物质存在的“广延”属性。
对时间和空间的认识，物理学当中分为三个阶段——经典力学阶段、狭义相对论阶段和广义相对论阶段。
牛顿在他的经典著作《自然哲学的数学原理》一书中说：“绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况无关，始终保持着相似和不变”，“绝对的、纯粹的数学的时间，就其本性来说是均匀地流逝，而与任何外在的情况无关”。这反应了牛顿的绝对时空观。对于“绝对”，我们可以这样理解：时间和空间与观测者的运动状态没有任何关系，空间和时间的本性是与任何物体及其运动无关的。从中我们也可以看出，牛顿认为时间是绝对存在的，在他的论述当中，时间的绝对属性主要从以下几个方面可以看出：第一，时间是一种非物质性的独立存在，不论外界怎样变化，时间的流逝是不变的；第二，时间没有开始和结束，是一种永恒的存在；第三，即使从空间上来讲，时间也不能被区分，所有的时间都是统一的。虽然人类参照物的选择不同会导致时差的存在，但是时间的本质属性是不会改变的；第四，时间是矢量的，它只能向前，不能停止或者倒退。
对于空间的绝对性，在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿是这样概述的。其一，空间是一种静止的虚空状态，它是一种不依附于任何事物的客观存在；其二，空间是无限的，它没有边界、没有范围；其三，空间是一种抽象的非物质的概念，它和时间一样，是一种不依靠任何物质的绝对存在；其四，时间的变化影响不到绝对的空间，无论时间怎样变化，都不会影响到空间。牛顿绝对的时空观认为，在经典力学的理论当中，时间和空间是分开的，处在时空当中的物体，它们的位置和速度是相对的，而时间长度、时间间隔、运动物体的加速度是绝对的或不变的。但是，牛顿的绝对时空观也引发了科学界的质疑，因为绝对时空观建立在牛顿经典力学的基础之上，但是牛顿力学的正确性却并不要求一定要存在绝对的空间。而事实上，当时也没有确凿的证据表明绝对空间的存在，况且牛顿的力学体系也无法建立简单的宇宙图像。
爱因斯坦提出狭义相对论，对伽利略的相对性原理进行了扩展。在爱因斯坦的狭义相对论当中，光速是恒定的，因而他从中推导出时间和空间的间隔也是不变的量。也就是说，除了能量守恒和动量守恒之外，时间和空间的平移，它们之间的量也是不变的。狭义相对论否定了牛顿经典力学的绝对时间和绝对空间理论，认为时间和空间并非是分离存在的，而是通过光速不变的原理将一维时间和三维空间联系起来，构成四维时空。而随狭义相对论之后，爱因斯坦广义相对论的提出，则对物理学界的时空观念来说，又是一次变革。
按照广义相对论，因为物体之间存在着引力和惯性力，这两种力相互作用，就不可能有普遍大范围的惯性系。那么，在宇宙当中，存在惯性力的时空，就会是仍然平直的四维时空；但是存在强大的引力场的时空，就不会是平直的了。存在强大的引力场的时空是一种弯曲的时空，这种时空的弯曲程度是由引力方程来决定，而弯曲的时空本身就是引力场。这一理论在提出之后，就受到广泛的研究和证实。不过到了20世纪中后期，各项研究表明，由于各种物理定律在奇点之处会完全消失，那么时空的引力场也会在奇点处失去意义，这成为广义相对论时空观中的一项问题。在20世纪初，物理学从经典力学开始向量子理论变革，量子理论使人们对于时间和空间的研究更加深入。霍金对时间和空间的认知和理解即建立在爱因斯坦的广义相对论和量子理论的基础之上，他认为时间是由能量产生的，能量的变化产生了时间，也就是说，从第一粒粒子发生运动的时候，时间就产生了。在霍金的宇宙理论当中，他认为之前物理学家所说的奇点是不存在的，宇宙的产生实际上是一个从欧氏空间到洛氏时空的量子转变，是一个从无到有的过程，因此也就不存在奇点这一说。时间是绝对的，它从无限的过去向无限的将来流逝，而空间却是没有边界永恒存在的。空间和时间是具有无限曲率的一个点，时间和空间是一个整体，它们是同时存在，不可分割的。