رمان‌ها و فیلم‌های علمی-تخیلی مملو از ایده‌های دور از ذهن است، بیشتر اوقات به عنوان یک سکوی پرش برای یک ماجراجویی اکشن و نه یک تلاش جدی برای پیش بینی روند‌های آینده در علم یا فناوری. برخی از رایج‌ترین تروپ‌ها، مانند شتاب دادن فضاپیما به سرعت‌های فوق العاده در عرض چند ثانیه بدون له شدن سرنشینان، مطابق قوانین فیزیک که ما درک می‌کنیم، کاملاً غیرممکن است. با این حال، به نظر می‌رسد همان قوانین، مفاهیم علمی-تخیلی به ظاهر دور از ذهن، از کرم چاله‌ها تا جهان‌های موازی را مجاز می‌دانند.
در ادامه خلاصه‌ای از برخی از ایده‌های علمی-تخیلی که واقعاً می‌توان آنها را حداقل در حد تئوری انجام داد، آورده شده است.
ایده یک کرم چاله-میانبری از فضا که امکان سفر تقریباً آنی بین نقاط دور کیهان را فراهم می‌کند، به نظر می‌رسد که به عنوان یک محرک داستان خیالی ایجاد شده است. اما تحت نام رسمی‌تر پل انیشتین-روزن، این مفهوم به عنوان یک مفهوم نظری جدی مدت‌ها قبل از آنکه نویسندگان علمی تخیلی آن را در دست بگیرند، وجود داشته است. این ایده از نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین بیرون می‌آید که گرانش را اعوجاج فضا-زمان ناشی از اجسام عظیم می‌داند. اینشتین در همکاری با فیزیکدان ناتان روزن در سال ۱۹۳۵ نظریه‌ای را مطرح کرد که نقاط گرانش فوق العاده قوی مانند سیاه چاله‌ها می‌توانند مستقیماً با یکدیگر مرتبط شوند و به این ترتیب ایده کرم چاله‌ها متولد شد.
نیرو‌های اطراف یک سیاهچاله هرکسی را که به آن نزدیک شود نابود می‌کند، بنابراین ایده سفر واقعی از طریق یک کرم چاله تا دهه ۱۹۸۰ مورد توجه جدی قرار نگرفت تا هنگامی که کارل ساگان اخترفیزیکدان تصمیم گرفت یک رمان علمی تخیلی بنویسد. ساگان فیزیکدان کیپ تورن را تشویق کرد تا راهی موثر برای پیمودن فواصل بین ستاره‌ای در یک لحظه ارائه دهد. تورن به درستی روشی را طراحی کرد که در تئوری ممکن است، اما در عمل بسیار محتمل نیست که انسان‌ها با عبور از سوراخ کرم بدون آسیب، به سفر بین ستاره‌ای دست یابند.
در حالی که بسیار بعید است که کرم چاله‌ها به عنوان روش‌های ساده و راحت حمل و نقل در فیلم‌ها تبدیل شوند، دانشمندان اکنون راه بهتری برای ساختن کرم چاله به دست آورده اند تا پیشنهاد اصلی تورن. این احتمال نیز وجود دارد که اگر کرم چاله‌ها در جهان وجود داشته باشند، بتوان آنها را با استفاده از نسل جدید آشکارساز‌های موج گرانشی قرار داد.
این ایده یک پیش نیاز ضروری برای اکثر داستان‌های ماجراجویی مبتنی بر فضا این است که بتوان بسیار سریع‌تر از امروز از A به B رسید. کرم چاله‌ها را کنار بگذاریم، چندین مانع برای رسیدن به این هدف با سفینه فضایی معمولی وجود دارد. مقدار عظیمی از سوخت مورد نیاز، اثرات خردکننده شتاب و این واقعیت که جهان دارای محدودیت شدید سرعت است. این سرعت حرکت نور است، دقیقاً یک سال نوری که در شرایط کیهانی اصلاً چندان سریع نیست. پروکسیما قنطورس، دومین ستاره نزدیک به زمین، ۴.۲ سال نوری از خورشید فاصله دارد، در حالی که مرکز کهکشان در فاصله ۲۷ هزار سال نوری از ما فاصله دارد که بسیار زیاد است.
خوشبختانه، یک چالش در محدودیت سرعت کیهانی وجود دارد: این حداکثر سرعتی است که می‌توانیم در فضا طی کنیم. همانطور که اینشتین توضیح داد، فضا می‌تواند خود را مخدوش کند، بنابراین شاید بتوان فضای اطراف یک فضاپیما را به گونه‌ای دستکاری کرد که محدودیت سرعت را زیر و رو کند. سفینه فضایی هنوز کمتر از سرعت نور در فضای اطراف خود حرکت می‌کند، اما خود فضا سریع‌تر از آن در حرکت است.
این همان چیزی بود که نویسندگان "پیشتازان فضا" هنگامی که در دهه ۱۹۶۰ با مفهوم "رانش پیچ" روبرو شدند در ذهن داشتند. اما برای آنها این فقط یک عبارت قابل قبول بود، نه فیزیک واقعی. تا سال ۱۹۹۴ میلادی نظریه پرداز میگوئل آلکوبیر راه حلی برای معادلات اینشتین پیدا کرد که باعث ایجاد یک محرک واقعی می‌شد و فضا را در مقابل یک سفینه فضایی منقبض کرد و آن را به عقب گسترش داد. برای شروع، راه حل آلکوبیر کمتر از کرم چاله قابل عبور تورن ساخته نشده بود، اما دانشمندان در تلاش هستند تا آن را تصحیح کنند به امید روزی که ممکن است عملی باشد.
مفهوم ماشین زمان یکی از بزرگترین طرح‌های علمی تخیلی است که به شخصیت‌ها اجازه می‌دهد به عقب برگردند و مسیر تاریخ را چه خوب چه بد تغییر دهند. اما این ایده نیز ناگزیر پارادوکس‌های منطقی را مطرح می‌کند. به دلیل پارادوکس‌هایی مانند این است که بسیاری از مردم تصور می‌کنند سفر در زمان واقعی و در جهان واقعی غیرممکن است و با این حال، طبق قوانین فیزیک، واقعاً می‌تواند رخ دهد.
درست مانند کرم چاله‌ها و پیچش‌های فضایی، فیزیکی که به ما می‌گوید امکان بازگشت به زمان وجود دارد از نظریه نسبیت عام اینشتین نشات میگیرد. این امر فضا و زمان را به عنوان بخشی از یک پیوستار یکسان "فضا-زمان" تلقی می‌کند که این دو، پیوند ناگسستنی با یکدیگر دارند. همانطور که ما در مورد تحریف فضا با یک کرم چاله یا تار درایو صحبت می‌کنیم، زمان نیز می‌تواند تحریف شود. گاهی اوقات می‌تواند آنقدر مخدوش شود که خود را جمع کند، در چیزی که دانشمندان از آن به عنوان "منحنی بسته زمانی" یاد می‌کنند، هرچند به همان اندازه می‌توان آن را ماشین زمان نامید.
به گفته دیوید لوئیس اندرسون، فیزیکدان، یک طرح مفهومی برای چنین ماشین زمانی در سال ۱۹۷۴ توسط فرانک تایپلر فیزیکدان منتشر شد که استوانه Tipler نامیده می‌شود و به گفته هامبل حداقل ۹۰ مایل (۹۷ کیلومتر) طول دارد و بسیار متراکم است. برای کارکردن آن به عنوان ماشین زمان، سیلندر باید به اندازه کافی سریع بچرخد تا فضا-زمان را به حدی تحریف کند و زمان به خودی خود جمع شود. ممکن است به سادگی نصب یک خازن در DeLorean به نظر نرسد، اما این مزیت را دارد که واقعاً کار می‌کند.
نمونه قدیمی علمی تخیلی حمل و نقل، حمل و نقل "پیشتازان فضا" است که همانطور که از نامش پیداست، به سادگی به عنوان راهی مناسب برای انتقال پرسنل از مکانی به مکان دیگر نشان داده شده است. اما تله پورت کاملاً متفاوت از هر نوع حمل و نقل دیگری است: به جای اینکه مسافر در فضا از نقطه شروع به مقصد حرکت کند، تله پورت منجر به ایجاد یک نسخه تکراری دقیق در مقصد می‌شود در حالی که نسخه اصلی از بین می‌رود. با توجه به این شرایط و در سطح ذرات زیر اتمی به جای انسان، تله پورت در واقع امکان پذیر است.
فرآیند دنیای واقعی را تله پورت کوانتومی می‌نامند. این فرآیند حالت کوانتومی دقیق یک ذره مانند فوتون را در دیگری که ممکن است صد‌ها مایل دورتر باشد، کپی می‌کند. تله پورت کوانتومی حالت کوانتومی اولین فوتون را از بین می‌برد، بنابراین در واقع به نظر می‌رسد که فوتون به طور جادویی از مکانی به مکان دیگر منتقل شده است. این ترفند براساس چیزی است که اینشتین از آن به عنوان "عمل ترسناک در فاصله" یاد می‌کند، اما به طور رسمی بیشتر به عنوان گرفتاری کوانتومی شناخته می‌شود. اگر فوتونی که قرار است دوربرد شود با یکی از دو جفت فوتون درهم تنیده در تماس قرار گیرد و اندازه گیری وضعیت حاصله به انتهای دریافت کننده یعنی جایی که دیگر فوتون درهم تنیده است، ارسال شود پس فوتون اخیر می‌تواند به همان حالت فوتون تله پورت تبدیل شود.
این یک فرآیند پیچیده است حتی برای یک فوتون واحد و به هیچ وجه نمی‌توان آن را در نوع سیستم حمل و نقل فوری که در "پیشتازان فضا" دیده می‌شود، افزایش داد. با این وجود، تله پورت کوانتومی کاربرد‌های مهمی در دنیای واقعی دارد، مانند ارتباطات ضد هک و محاسبات کوانتومی فوق سریع.
جهان هر چیزی است که تلسکوپ‌ها به ما نشان می‌دهند، یعنی همه میلیارد‌ها کهکشان در حال گسترش. اما نظریه جهان‌های موازی می‌گوید شاید اینطور نباشد و ممکن است چند کیهان جهان وجود داشته باشد. ایده "جهان‌های موازی" یکی دیگر از موضوعات علمی-تخیلی است، اما وقتی روی صفحه نمایش داده می‌شوند، معمولاً تنها در جزئیات با جهان ما متفاوت است و ممکن است واقعیت بسیار عجیب‌تر از این باشد، زیرا پارامتر‌های اساسی فیزیک در جهان موازی، مانند نیروی گرانش یا نیرو‌های هسته‌ای با نمونه‌های ما متفاوت است. تصویری کلاسیک از یک جهان واقعاً متفاوت از این نوع و موجودات ساکن در آن، رمان ایزاک آسیموف "خود خدایان" (دوشنبه: ۱۹۷۲) است.
کلید درک مدرن جهان‌های موازی مفهوم "تورم ابدی" است. این تصویر بافت بی نهایت فضا را در حالت انبساط دائمی و فوق العاده سریع نشان می‌دهد. هر از گاهی یک نقطه محلی در این فضا از انبساط عمومی خارج می‌شود و با آرامش بیشتری رشد می‌کند و اجازه می‌دهد اجسام مادی مانند ستاره‌ها و کهکشان‌ها در داخل آن شکل بگیرند. طبق این نظریه، جهان ما یکی از این مناطق است، اما ممکن است مناطق بی شماری وجود داشته باشد.
همانطور که در داستان آسیموف، این جهان‌های موازی می‌توانند پارامتر‌های فیزیکی کاملاً متفاوتی با جهان ما داشته باشند. در گذشته، دانشمندان معتقد بودند که تنها جهان‌هایی با پارامتر‌های تقریباً مشابه ما قادر به حمایت از زندگی هستند، اما مطالعات اخیر نشان می‌دهد که وضعیت ممکن است به این اندازه محدود کننده نباشد؛ بنابراین هنوز برای بیگانگان آسیموف امیدی وجود دارد، هرچند شاید برای برقراری ارتباط با آنها وجود نداشته باشد، همانطور که در رمان‌ها اتفاق می‌افتد. با این وجود، آثار جهان‌های دیگر ممکن است با روش‌های دیگر برای ما قابل تشخیص باشد. ایوان بلدری، استاد اخترفیزیک در دانشگاه جان مورس لیورپول گفت: "حتی گفته می‌شود که "نقطه سرد" مرموز در پس زمینه مایکروویو کیهانی زخم ناشی از برخورد با جهان موازی است. "
