时间的科学内容涵盖三个领域：人文时间、哲学时间、科学时间。人文时间研究人的时间意识、时间观念的形成和发展，以及人对于时间的心理学、生理学和病理学特征。哲学时间研究时间的本质，即时间是什么。这个问题在人类认识论发展史中，一直是作为一个基本问题被各个历史时期的思想家们所关注。科学时间研究作为基本物理量的时间的测量，以及自然科学发展所揭示的时间特性。

通常所说的时间有两个含义：时刻和时间间隔。前者指事物处于某种运动或变化状态的瞬间；后者指事物运动或变化的两个不同状态之间所经历的时间历程。因此，时间测量与其他基本物理量测量不同。后者给出的只是测量的基本单位，而时间测量需要建立并保持一个连续的时间系统，给出该系统的起点（时刻起算点）和基本单位（时间间隔单位）。

时间是物质存在和运动的基本形式之一。它的测量依赖于物质运动。在原理上，任一连续运动的物理过程都可表征成以时间为自变量的函数。只要它是可测的，便可以以它为标准来测量时间。该函数最简单的形式是线性函数。严格地说，由于各种因素影响，自然界中很难找到完全表现为线性函数形式的物理运动过程。一般情况下，这个函数可写为：

式中、为常数；为非线性部分。对时间测量而言，要求尽量小，在一定精度范围内可以忽略；或者具有某种特定形式，可以在记录运动变化中加以扣除。上述方程称为时间测量原理方程。忽略，当等于0时，等于。这表明常数表征的起始状态，它指示了时间测量系统的起点，即规定了时刻的起算点。常数，它表示在时间内的变化。当规定以作为某种时间单位时，即令，则。这表明只要精细地把的变化记录下来，实际上就给出了时间间隔的单位。

按照原理方程，人们总是选择某种周期运动作为标准去测量时间。被选择的周期运动大体分为三类：

①转动体的自由旋转。例如地球自转。由此导出了恒星时、平太阳时。后者演变为应用广泛的世界时（见世界时）。

②天体的开普勒运动，即伴星体在引力作用下绕主星体的轨道运动。如地球绕太阳的公转运动，由此导出了历书时（见历书时）。

③谐波振荡运动，包括原子在量子-机械系统中受激辐射的跃迁振荡运动。由此导出了原子时（见原子时）。

 时间测量范围十分宽广。天体的年龄以百亿年计，有文字记载的人类社会有数千年历史，某些基本粒子的寿命只有10^-16秒。在如此宽广的范围内，人们不可能用唯一的物质运动过程去测量时间，必须从实际出发，选用不同的测量方法。在计量学范畴内，时间测量方法基本分为两类：

①动力学方法。依据对特定天体（例如地球）运动规律的认识和掌握，以天体力学定律为基础，通过天文观测得到天文学时间标准——世界时和历书时。

②复制型方法。依据对特定物质周期运动规律的认识与掌握，以周期不变性原理为基础，复制该运动过程。人们用此方法，在实验室复制原子跃迁振荡运动，得到当代物理学时间标准——原子时。

时间是描述自然现象的大多数数学方程中的一个基本参量。它的应用渗透于人类活动、科学实验和国家建设的众多领域。大地测量、定位导航、通信、数据传输、交通管理、空间飞行器的测控制导等，都需要精准的时间。因此，建立一个独立的，并力图保持同时代高水平的时间标准和时间服务系统（见授时），是国计民生的一项基本工程。

时间概念在哲学中是一个基本概念。它在自然科学特别是物理学中也占据重要地位。许多物理学定律的引入，都以一定的时间概念为基础。在早期物理学中，时间是一个普适性概念。17世纪后期，英国物理学家I.牛顿在前人成果基础上提出了系统的绝对时间概念。他认为时间是绝对的，均匀流逝的，它与外界事物无关，与物体运动无关，与空间坐标无关，事件的同时性也是绝对的。牛顿在绝对时间框架下给出了物质运动和描述运动的时空模型，发展了严格进行实验和分析归纳的科学方法，建立了公理式力学体系并在逻辑上达到自洽，开创了经典物理学时代。尽管不少研究者（例如数学家G.莱布尼茨、物理学家E.马赫）对形而上学的、绝对化的牛顿时间提出过批评，有些批评已经触及问题的根本，但直到19世纪和20世纪的交迭之际，物理学对此无法给出建设性解决方法。

打破这一窘境的是物理学家A.爱因斯坦。爱因斯坦在20世纪初创立了相对论理论。狭义相对论指出，相对运动会影响时钟的常规运转。具有不同相对运动速度的观测者对于同一事件的发生时刻和同一时间间隔的测量会得到不同的结果（见时间膨胀）。广义相对论指出，引力会使时空弯曲，会使信号谱线发生移动，影响时钟速率。在引力场中，相对运动的两个观测者，对同一相邻事件的时间间隔的测量，结果不会相同，除运动的影响外，还有引力效应的影响（见引力时延）。相对论揭示的这些时间特性表明，时间受环境因素（引力）和运动状态影响，与空间坐标相联系，时间是相对的，同时性是相对的。这一概念的提出，打破了牛顿绝对时间概念的桎梏，使物理学的发展由经典物理学进入现代物理学时代。

关于时间和宇宙的关系的讨论，具有十分悠久的历史。从中国古代思想家庄子、德国近代哲学家I.康德，到现代物理学家爱因斯坦，都为后人的探索留下了宝贵的论述。

自然界存在许多不同现象的时间顺序，人们称其为时间箭头。关于不同时间箭头之间的关系，尽管尚无可以被普遍接受的理论，但是已经得到的对于时间特性的解释表明，时间最终可能会被认为是宇宙学的。

宇宙是有限的还是无限的，时间有没有起点和终结，这是学术界长期争论的问题。在现代，直接把时间的起点和终结与宇宙的诞生和消亡联系在一起作为问题进行研究的，当推英国科学家S.霍金。一般认为，宇宙的生成起始于大约在150亿年前的高温超密态初始物质的一场大爆炸，霍金认为大爆炸的开始就是时间的起点。大爆炸后，随着宇宙的扩张，温度逐渐下降。在温度下降的不同阶段，形成了各种力的作用和物质。宇宙仍在向外扩张，但扩张速度在减慢，有可能会在某一时刻停止。然后便开始一个相反的过程——收缩。收缩延伸下去，会使宇宙因坍缩而消亡。这时，时间也便终结。