时光之旅在理论上是可行的，人类可以打开回到过去的大门和通向未来的捷径。为了实现时光旅行，霍金首先建议人们接纳时间作为第四维的观念。他举了一个非常简单的例子：当人们驾驶汽车时，向前直行和向后倒车是第一维，向左或向右转弯是第二维，在山路上爬坡和下坡是第三维，那么时间就是第四维。对于物理学家来说，时光隧道也许就是虫洞。霍金说，虫洞就在我们周围，只是小到肉眼无法看见。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。
虫洞就是五维空间。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。
人类也许能够捕获某一个虫洞，将它放大到足以使人类甚至宇宙飞船从中穿过，但霍金警告说，不要利用时间机器回到过去，因为这将导致违反基本的因果论。
黑洞
爱因斯坦提出，世上应该存在让时间慢下来的地方，以及让时间加速的地方。时间在地球比在太空运行慢。造成这种影响的原因是地球的质量。爱因斯坦发现，物质会减缓时间运行速度，就像是河的下游一样。物体越重，对时间的阻力越大。这种惊人的事实为通向未来的时间旅行开启了大门。
霍金认为，时空旅行的天然“交通工具”是黑洞。在银河系中心，拥有银河系中最重的天体——一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞，在自身引力作用下，它被压缩为一个点。距离这个超大质量黑洞越近，遭遇的引力就越强。一旦距离其过近，连光线都无法逃脱，会被吞噬。这样的超大质量黑洞对时间具有显著的影响，令其减缓的速度远远超过银河系中的任何物体。这使得它是台“天然的时间机器”。
霍金想象宇宙飞船能充分利用这种现象。如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器，他们会发现绕轨道运行一圈的时间为16分钟。靠近超大质量黑洞，时间就会慢下来。在这里，引力影响远比地球引力极端。机组人员的时间将会减慢一半。对于原本每圈要耗费的16分钟，他们其实仅经历了8分钟。
在广义相对论中，黑洞的事件视界无法被有限时间线上的任何一个观察者观测，其原因之一在于黑洞的属性，科学家提出了黑洞全息屏理论，虽然观察者无法在外部了解事件视界，但黑洞内部的却可能知道整个宇宙的命运。黑洞全息屏理论的结论看上去非常有趣，我们可以从中得出未来和过去的信息。劳伦斯伯克利国家实验室的恩格尔哈特教授认为黑洞的全息屏从某种意义上看是强引力场的局部边界，如果这是未来的全息屏，那么对应的黑洞，如果这是过去的全息屏，对应的是白洞。
在热力学的角度，时空也被认为是全息图，根据全息原理，其与给定区域内的表面积有关，也可进一步解释为热力学的时间方向。由于过去和将来的全息屏区域在不同的方向增加，因此时间的方向可以对应着两种不同类型的全息屏。
十多年前，霍金曾经问过这样一个问题：假如时间旅行是可能的，为什么在我们周围至今尚未充斥着来自未来世界的时间旅行者呢？这个问题的潜台词是：时间旅行者没有来到我们周围，最有可能的原因是时间旅行在整个时间长河中——也就是永远——都没有实现过。当然，霍金并没有把这样的问题当作是对时间机器的一个认真的理论诘难。不过，他的这个问题还是引起了一些物理学家的思考，并且他们找到了一种可能的回答：即我们目前所知的有可能实现时间旅行的理论模型，有一个很可能具有普适性的共同特点，那就是不允许时间旅行者回到时间机器存在之前的年代。因此，假如公元2500年有人建造出了时间机器，那么时间旅行者只能访问公元2500年之后的年代，他们永远无法来到我们周围，更无法像一些科幻小说描绘的那样，回到史前时代去捕捉恐龙——那些历史已经或将要无可挽回地被时间长河所吞没，就像美国物理学家格林(BrianGreene)所说的：在时间机器建造成功之前的每一个年代，都将成为我们以及我们的子孙后代永远无法触及的历史。
从这个意义上讲，如果时间旅行是可能的话，早一天建造出时间机器就是多拯救一天历史。
对于这个问题，理论物理学家加来道雄则认为，蚂蚁和现代人之间的距离就像现代人和可以操控普朗克能量的文明之间的距离一样（普朗克能量是探测非常小的距离以及操控时间机器所需要的能量，远大于我们目前可操控的能量）。因此，时间旅行者即使真的存在，也并不一定会主动接触现代人。
