Di spazio e tempo si ha una percezione immediata e intuitiva nell’esperienza comune. Tuttavia il definirli esaustivamente rappresenta un problema più complesso di quanto appaia a prima vista.
Afferma S. Agostino nelle Confessioni: «Se nessuno mi chiede cosa è il tempo, lo so, ma se voglio spiegarlo a chi mi interroga, non lo so».
Si tratta di una questione ontologica ed epistemologica, oltre che fisica e matematica, un interrogativo che ha da sempre impegnato le menti di alcuni fra i più abili pensatori della storia.

Ontologicamente parlando, sono possibili due posizioni nei confronti di spazio e tempo, realismo e antirealismo. Il realismo sostiene l’esistenza sostanziale delle due entità, indipendentemente dal soggetto che ne fa esperienza. L’antirealismo (in gran parte rappresentato dall’idealismo) nega la loro esistenza indipendente dalla mente. Sono state avanzate in questo senso anche alcune ipotesi più estreme, a sostenere per esempio che il tempo sia solo un’illusione (McTaggart, The Unreality of Time). Nella Critica della Ragion Pura Kant sostiene che si tratta di schemi mentali necessari alla percezione, privi in ogni caso di sostanzialità.
Storicamente, grande rilievo ha avuto il dibattito circa la natura fisica dello spazio e del tempo, che ha visto lo scontro del modello assoluto (Newton) e concettual-relazionale (Leibniz).
Più recentemente, il convenzionalismo proposto per la prima volta dal matematico e fisico francese Henri Poincaré afferma che la geometrizzazione dello spazio e del tempo è una pura convenzione senza reale riscontro naturale.

Lo spazio appare continuo, omogeneo, isotropo e tridimensionale (euclideo R³) nel quale ogni punto è individuabile, fissato un opportuno sistema di riferimento, mediante una serie di coordinate. Usualmente, il sistema di riferimento è cartesiano-ortogonale e la serie di coordinate prende la forma di una tripletta (x,y,z). Il moto è potenzialmente possibile in due versi per ciascuna direzione spaziale.
Il tempo è la dimensione nella quale si percepisce e misura il trascorrere degli eventi. Appare indipendente dalle dimensioni spaziali e trascorre con verso privilegiato dal presente al futuro prossimo, dando luogo al passato. Questa monodirezionalità è detta freccia del tempo ed è sostenuta con argomentazioni di varia natura, fra cui

• Termodinamica: il secondo principio afferma che in un sistema isolato (quale si può considerare il nostro universo, nella sua interezza) l’entropia aumenta col tempo, introducendo un’asimmetria nel flusso temporale che ne privilegia un verso.
• Cosmologica: l’allontanamento globale delle galassie le une dalle altre fornisce la direzione del tempo come quella verso cui l’universo aumenta di dimensione.
• Causale: le cause precedono gli effetti. È possibile influenzare il futuro e non il passato.
• Psicologica: è possibile ricordare solo il passato. Le varie percezioni, inoltre, aumentano con il tempo il volume dei ricordi.