我们所居於的时空有四个维（3个空间轴和1个时间轴）,根据爱因斯坦的概念称为四维空间,我们的宇宙是由时间和空间构成,而这条时间轴是一条虚数值的轴.
有些理论预言我们所居於的宇宙实际上有更多的维度（通常10,11 或 26 个）.但是这些附加的维度所量度的是次原子大小的宇宙.（请参看弦理论）
弦理论
弦理论是发展中的理论物理学的一支,结合量子力学和广义相对论为量子重力.弦理论用一段段「能量弦线」作最基本单位以说明世界上所有物质结构,大至星际银河,小至电子、质子及夸克一类的基本粒子都由这一维的「能量线」所组成.中文文献上,一般写作「弦」或「弦」.
较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由零维的点粒子所组成,也是目前广为接受的物理模型,也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题,但是此理论所根据的粒子模型却遇到一些无法解释的问题.比较起来,弦理论的基础是波动模型,因此能够避开前一种理论所遇到的问题.更深的弦理论学说不只是描述弦状物体,还包含了点状、薄膜状物体,更高维度的空间,甚至平行宇宙.值得注意的是,弦理论目前尚未能做出可以实验验证的准确预测,关於这一点,以下内文会说明.
发展历史
弦理论的雏形是在1968年由Gabriele Veneziano发现.他原本是要找能描述原子核内的强作用力的数学函数,然後在一本老旧的数学书里找到了有200年之久的Β函数,这函数能够描述他所要求解的强作用力.不久後李奥纳特·蘇士侃发现,这函数可理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的「线段」,这在日後则发展成「弦理论」.
虽然弦理论最开始是要解出强作用力的作用模式,但是後来的研究则发现了所有的最基本粒子,包含正反夸克,正反电子,正反微中子等等,以及四种基本作用力「粒子」（强、弱作用力粒子,电磁力粒子,以及重力粒子）,都是由一小段的不停抖动的能量弦线所构成,而各种粒子彼此之间的差异只是这弦线抖动的方式和形状的不同而已.
玻色弦理论
最早期的弦论叫做玻色弦理论,南部阳一郎给出了最早的作用量,但是该作用量在场论的框架内难以量子化.此後亚历山大·泊里雅科夫给出了一个等效的作用量,其几何含义是把时空坐标视为一个世界面的纯量场,并且在世界面上满足广义相对论的一般坐标变换规则.除此之外,如果要求这个作用量同时满足在外尔变化下不变,那麼自然的会要求这个世界面是一个二维的曲面.
玻色弦理论是最简单的一个弦论的模型,它最重要的物理图像是认为物理粒子不是单纯的点粒子,而是由於弦的振动产生的激发态.显然它有很大的缺点,其一是它只简单描述了纯量玻色子,没有将费米子引入框架内；其二没有包含一般量子场论中的规范对称性；其三是当研究它的质量谱时候发现,它的真空态是一组质量平方小於零的不稳定快子.所有这些问题在推广到超弦理论後得到了很好的解释.
超弦理论
另外,「弦理论」这一用词所指的原本包含了26维的玻色弦理论,和加入了超对称性的超弦理论.在近日的物理界,「弦理论」 一般是专指「超弦理论」,而为了方便区分,较早的「玻色弦理论」则以全名称呼.1990年代,受弦对偶的启发,爱德华·维顿猜想存在一11维的M理论,他和其他学者找到强力的证据,显示五种不同版本的十维超弦理论与十一维超重力论其实应该是M理论的六个不同极限.这些发现带动了第二次超弦理论革新.
弦理论与大一统理论
弦理论会吸引这麼多注意,大部分的原因是因为它很有可能会成为大一统理论.弦理论也可能是量子重力的解决方案之一.除了重力之外,它很自然的成功描述了各式作用力,包含了电磁力和其他自然界存在的各种作用力.超弦理论还包含了组成物质的基本粒子之一的费米子.至於弦理论能不能成功的解释基於目前物理界已知的所有作用力和物质所组成的宇宙,这还是未知数.至今研究员仍未能找到一个弦论模型,其低能极限为标准模型.
额外维
D-膜
由於超弦理论的时空维数为10维,所以很自然的可以认为有6个额外的维度需要被紧化.当对闭弦紧化时,可以发现所谓的T-对偶；而对开弦紧化则可以发现开弦的端点是停留在这些超曲面上的,并且满足Dirichlet边界条件.所以这些超曲面一般被称为「D膜」.研究员称D膜的动力学为「矩阵理论」（M理论),是为「M」字之一来源.