在过去的一个世纪中，对空间的几何描述成为了理论物理学追求的主要课题。我们普遍接受的空间是三维的，广义相对论描绘了一个四维的宇宙，而弦论则说宇宙有10维，它的扩展版本M理论认为宇宙有11维，最近甚至还出现了新的24维版本。四维以上的世界究竟是什么样子？它们又有什么样的意义呢？
我们的建筑、我们的教育和我们的字典告诉我们：空间有三个维度。牛津字典定义空间为“一片连续的自由的，可获得的或者可被占用的区域……所有东西都在高度、深度和宽度这些维度中存在和移动。”18世纪时，康德称三维的欧几里得空间是一种先验必然。如今，随着计算机生成的图像和电子游戏的渗透，我们始终处于一个似乎是公理的笛卡尔坐标系表征中。
在过去的一个世纪中，对空间的几何描述成为了理论物理学追求的主要课题，从阿尔伯特·爱因斯坦开始，学者们都试图将自然界所有基本作用力解释成空间形状本身的副产品。尽管在局部层次我们被训练成将空间想成三维，广义相对论描绘了一个四维的宇宙，而弦论则说宇宙有10维，它的扩展版本M理论甚至认为宇宙有11维。有些宇宙模型将宇宙描绘为26维，最近还出现了让纯数学家们兴奋不已的24维版本。
要理解现代数学中对空间的描述，需要把空间想成物质可以占据的舞台。至少，“空间”应该是某种延展出去的东西。这对我们来说似乎是显而易见的，但亚里士多德却十分厌恶这个观点，他对物理世界的概念定义，在古典时代晚期和中世纪统治了西方思想界。严格地说，亚里士多德的物理学中并不包括空间理论，只有位置的概念。
早在物理学家接受欧几里得视角之前，画家已经在空间的几何概念上先行一步。多亏了他们，我们才在概念框架中跨出一大步。在中世纪晚期，在新兴起的柏拉图和毕达哥拉斯的思潮的影响下（这两位也是亚里士多德的学界对手），“上帝按照欧式几何定律创造世界”的观念开始渗透进欧洲。因此，当艺术家想要正确地描绘世界，他们应当模仿造物主的表现手法。
通过接受透视画作的空间观，伽利略可以用数学法则展示诸如炮弹等物体的运动方式。空间本身就是一种抽象——一种没有特征、不活跃、不可触摸、不可感知的虚空，它唯一的可知性质就是它的欧几里得形式。到了17世纪末期，牛顿将伽利略的视角拓展到整个宇宙，延展出潜在的无限的三维真空——向所有方向永恒延伸的广阔无物的“空”。
当今几乎所有人都能认出笛卡尔的天才成果，笛卡尔坐标系，一个带有x轴和y轴的直角坐标系统。根据定义，笛卡尔平面是一个二维空间，因为我们需要两个坐标来定义其中的任意一个点。笛卡尔发现在这个框架下他可以将几何形状与方程联系在一起：一个半径为1的圆就可以用等式x²+ y²= 1来描述。
在19世纪晚期和20世纪早期，包括许多数学家、作家查尔斯·汉顿（发明了四维立方体的名称“tesseract”的和科幻作家）、艺术家达利和神秘主义思想家邬斯宾斯基探索了第四维度的想法以及人们碰到它们会意味着什么。之后，在1905年，当时名不见经传的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦发表了一篇论文，将真实世界描绘为一个四维的宇宙。在他的“狭义相对论”中，时间是空间的三个经典维度之外的另一维度。
在相对论的数学表述中，四个维度都是紧密相连的，也形成了时空这一词汇。这种对时空的组合绝对不是任意的。通过这种途径，爱因斯坦发现有一种非常强大的数学方法出现了，这种方法超越了牛顿力学，并且可以对带电粒子的行为做出预测。只有在四维的模型中才可以使电磁学得到完整精确的描述。
物理学家和数学家正在花费大量的精力来理解这些极小的维度的可能形状，并试图找出现实世界中有哪些是与之对应的。技术上来说，这些可能的形式被称之为卡拉比－丘流形，它们可以存在于任何更高的偶数维度的空间中。这些形式奇怪诡异，又精细复杂，它们构成了一个多维空间中抽象的类别。
理解空间几何结构是科学的一项重大成就之一，但是很有可能物理学家们在这条路上已经走到头了。因为在某种程度上来说，亚里士多德可能是对的，对空间扩展的概念在逻辑上可能确实有问题。尽管相对论有卓越的成就，我们知道它对于空间的描述其实并不是完备的，因为在量子层面上，相对论就会失效。
正如普林斯顿高等研究院院长罗伯特·戴克格拉夫最近所说的，爱因斯坦在发展出广义相对论后，用了余生的大部分时间在尝试“用时空的动力学来构建自然法则，将物理学转化为纯粹的几何。对于爱因斯坦来说，时空很自然地是无限的科学概念分层中‘最基本的一层’。
”就像牛顿的世界图像一样，爱因斯坦的世界图像将空间视为最基本的存在，空间是其他一切的舞台，但是在很小的尺度上，当量子性质主导时，相关的物理定律告诉我们，我们习以为常的空间实际上可能不存在。
有些理论物理学家近来产生了这样一种观点，认为空间可能其实只是一种更基本的物理概念的涌现，就像温度就是分子运动的宏观涌现一样。正如戴克格拉夫所说：“现在的观点认为时空并不是开始，而是结果，是复杂量子信息导致的自然结构。”这种想法的一位主要支持者是加州理工学院的宇宙学家肖恩·卡罗尔，他最近说经典空间并不是现实的基本结构之一，并提出我们将四维，10维或11维这些维度如此重视的想法是错的。