In der Wissenschaft gelten Zeitreisen als allenfalls theoretisch möglich. In der Realität bleiben sie ein beliebtes Gedankenspiel: Das menschliche Hirn unternimmt ständig Zeitreisen, meist in Form der Erinnerung an die eigene Vergangenheit oder die Menschheitsgeschichte, aber auch als Vorstellung der möglichen Zukunft. Aus diesem Grund sind auch in der klassischen fiktionalen Erzählung, mithilfe von Rück- und Vorausblenden, Sprünge in der Chronologie gang und gäbe. Dass diese Vorstellungen in der Science-Fiction konkret Wirklichkeit werden, ist ein gutes Beispiel für die "Realismusbehauptung" des Genres: Geläufige Metaphern, wie die der Zeitreise, werden grundsätzlich wörtlich genommen.
Einen der ersten Zeitreiseromane schrieb H.G. Wells mit "Die Zeitmaschine" (1895). Ein Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts reist darin ins Jahr 802.701 n. Chr., wo er die in zwei Arten gespaltene Menschheit in einem Zustand der Degeneration vorfindet. In der bekannten Verfilmung THE TIME MACHINE (DIE ZEITMASCHINE, USA 1960, R: George Pal) gerät er zusätzlich in die Kämpfe des Ersten und Zweiten Weltkriegs. Zurück in seiner eigenen Zeit, kann er davon berichten, ohne dass ihm geglaubt wird. Den fantastischen Gegenpol dieser pessimistischen Erzählung bildet die Idee einer Maschine, die prinzipiell Reisen an jeden beliebigen Punkt des Zeitstrahls und zurück erlaubt. Allerdings ist die technologische Umsetzung der Idee im Zeitreisefilm nicht immer ganz einfach.
So haben der verrückte Wissenschaftler Doc Brown und sein jugendlicher Freund Marty in BACK TO THE FUTURE (ZURÜCK IN DIE ZUKUNFT, USA 1985, R: Robert Zemeckis) enorme Schwierigkeiten, das "Raum-Zeit-Kontinuum" wieder in Ordnung zu bringen. Aus dem Jahr 1985 ins Jahr 1955 gereist, hat Marty durch einen versehentlichen Flirt mit seiner Mutter seine eigene Geburt gefährdet. Für komische Effekte sorgt neben dieser Handlung der ständige Kontrast der 1950er- und 1980er-Jahre: US-Präsident Ronald Reagan ist im Jahr 1955 lediglich als Schauspieler bekannt, der Rock’n’Roll steckt noch in den Kinderschuhen. Mit Reisen in die Zukunft des Jahres 2015 und in den Wilden Westen wurde der Kultfilm, nach ähnlichem Muster, zweimal erfolgreich fortgesetzt. Ohne die für das Zeitreisegenre typische Komik weist TERMINATOR (USA 1984, R: James Cameron) erstaunliche Parallelen auf: Ein von Arnold Schwarzenegger dargestellter Kampfroboter reist aus einer dystopischen Zukunft in unsere Gegenwart, um die Geburt eines künftigen Rebellenanführers zu verhindern. Beide Filme veranschaulichen die für das Zeitreisegenre elementaren Prinzipien des sogenannten "Schmetterlingseffekts" – kleine Veränderungen der Wirklichkeit führen zu unüberschaubaren Kettenreaktionen – sowie des "Großvaterparadoxons": durch die nachträgliche Auslöschung einer menschlichen Existenz in der Vergangenheit würde die Handlung des Films in der Zukunft strenggenommen unmöglich.
Keiner filmhistorischen Phase eindeutig zuzuordnen, ist der Zeitreisefilm bis heute populär. Der US-Komiker und Filmemacher Terry Gilliam drehte gleich zwei: In TIME BANDITS (GB 1981) reist ein kleiner Junge mit einer Horde Kleinwüchsiger durch Mittelalter und Antike, in TWELVE MONKEYS (12 MONKEYS, USA 1995) wird ein Auserwählter aus dem Jahr 2035 in die Gegenwart geschickt, um das Aussterben der Menschheit zu verhindern. Eine Sonderform bilden Filme wie die Komödie GROUNDHOG DAY (UND TÄGLICH GRÜSST DAS MURMELTIER, USA 1993, R: Harold Ramis), in denen die Hauptperson in eine Zeitschleife gerät: Um den Wert der Liebe zu begreifen, durchlebt der zynische Wetterreporter Phil Connors denselben Tag immer und immer wieder. Schon fast eine Normalität sind Zeitreisen in modernen Weltraumfilmen, wie auch schon in zahlreichen Episoden von RAUMSCHIFF ENTERPRISE. Die physikalische Grundlage sowie das dramaturgische Gerüst von Filmen wie INTERSTELLAR (GB/USA 2014, R: Christopher Nolan) bilden Einsteins Relativitätstheorie, die Idee der Lichtgeschwindigkeit und die angenommene Existenz "schwarzer Löcher" bzw. "Wurmlöcher" in der Galaxie. Ob die Zeitreisenden auch zurückreisen können, ist sogar theoretisch höchst ungewiss. Doch wenigstens die technische Machbarkeit des Hinflugs ist in dieser fernen Zukunft kein Hindernis mehr.