En el context de la física, el terme espai- temps representa un patró matemàtic, que barreja l'espai i el temps com dos conceptes que es troben totalment inherents. En aquest prolongat espai temporal, és on es desenvolupen tots els esdeveniments físics de l'univers; això segons la teoria de la relativitat.
Einstein va ser qui va formular aquesta expressió d'espai-temps partint de la seva teoria de la relativitat especial, la qual planteja que el temps no pot separar-se de les tres dimensions espacials, sinó que com elles, el temps depèn de l' estat de moviment de l'observador. Per naturalesa són dos observadors els que mesuraran temps diferents, per a l'interval entre dos successos, aquesta diferència en els temps dependrà de la velocitat relativa entre els observadors.
De la mateixa manera, si es planteja la teoria que l'univers té tres dimensions espacials físiques que es poden observar, és comú considerar a el temps com la quarta dimensió; quedant l'espai-temps com l'espai de quatre dimensions.
És important ressaltar que l'espai-temps presenta unes propietats geomètriques les quals són:
Mètrica: aquesta propietat simbolitza l'espai-temps com un parell (m, g), on "m" vol dir varietat diferenciable semiriemanniana i "g" és un tensor mètric.
Contingut material de l'espai temps: aquest es troba donat pel tensor energia-impuls, el qual es calcula de manera directa a partir de mesures geomètriques procedents de l'tensor mètric.
Moviment de les partícules: les partícules que es mouen per mitjà de l'espai-temps seguirà una línia de mínima longitud en un espai corbat.
Homogeneïtat, isotropia i grups de simetria: alguns espais-temps compten amb grups d'isometria de dimensionalitat menor. D'altra banda, un espai-temps és homogeni quan abasta un subgrup homeoformo que influeix en les coordenades espacials. Tindrà isotropia general quan en un dels seus punts hi hagi un subgrup d'isometria.
Topologia: està relacionat amb l'estructura causal de la mateixa. Per exemple si en un espai-temps hi ha una corba temporal tancada, o si hi ha hipersuperficies de Cauchy o estan presents geodèsiques incompletes.
Finalment en el espai-temps emprat en relativitat especial es poden barrejar tots dos en un espai de quatre dimensions, originant l'anomenat espai-temps de Minkowski, Minkowskyaquí és on s'identifiquen tres dimensions espacials ordinàries i una dimensió temporal complementària.
