爱因斯坦的相对论中没有排除时间旅行的可能性，尽管穿越到过去的概念违背了物理学最基本的前提之一——因果关系。因果定律的讨论之外，自然就有许多的矛盾与时间旅行有关。
时间旅行悖论跟随分为两大类，即封闭的因果循环，如缘分悖论和引导悖论，它涉及self-existing时间循环因果关系在一个重复循环运行，但也在内部符合时间的历史和一致性悖论，比如祖父悖论和其他类似的变体，如希特勒悖论和波尔钦斯基悖论，这些悖论产生了一系列时间上的不一致，与改变过去的可能性有关。
预定悖论
当一个人穿越回过去的行为成为过去事件的一部分，并最终导致他试图阻止的事件发生时，预定悖论就发生了。这导致了一个“时间因果循环”，即过去的事件1影响未来的事件2（时间旅行到过去），然后导致事件1发生，这个事件循环确保历史不会被时间旅行者改变，任何试图阻止过去发生的事情只会导致原因本身，而不是阻止它。这种悖论表明，事情总是注定要以同样的方式发展，已经发生的事情必然会发生。
听起来很复杂？想象一下，你的爱人死于一场肇事逃逸的车祸，你穿越时空回到过去，想把她从命运中拯救出来，却发现在你去车祸现场的路上，你不小心把她撞倒了。你试图改变过去，因此导致了一个宿命悖论。处理这类矛盾的一种方法是假设事件的版本你经历已经建成一个有条理的版本的现实，并且试图改变过去最终你只会满足你的角色在创建一个事件在历史上，不改变。例如，在2002年的电影《时间机器》中，亚历山大·哈特德根博士目睹了他的未婚妻被一个抢劫犯杀害，于是他制造了一台时间机器回到过去，把她从命运中拯救出来。然而，他后来试图挽救她的尝试都失败了，这让他得出结论：“我可以回来一千次……看着她以一千种方式死去。”
引导悖论
Bootstrap悖论是一种悖论类型，在这种悖论中，一个物体、一个人或一段信息被及时发送回来，导致了一个无限循环，在这个循环中，该物体没有可辨的起源，甚至没有被创造就存在着。它也被称为本体论悖论，因为本体论是研究存在或存在的本质的哲学分支。乔治·卢卡斯回到过去，给自己写了《星球大战》系列电影的剧本，之后他又执导了这部电影，并因此而声名大噪，因为这些剧本并没有真正的创造点或起源点。
这些本体论悖论意味着，未来、现在和过去都没有定义，因此给科学家一个明显的问题，即如何确定任何事物的“起源”，这个词通常指过去，但现在变得毫无意义。进一步的问题是对象/数据是如何创建的，由谁创建的。然而，爱因斯坦的场方程允许封闭时间循环的可能性，基普·索恩（Kip Thorne）是第一个认识到可穿越虫洞和逆向时间旅行在某些条件下在理论上是可能的理论物理学家。
祖父悖论
这个时间悖论产生了一个“自我矛盾的解决方案”，因为如果你穿越到过去杀死了你的祖父，你就永远不会出生，也就不能穿越到过去——这是一个悖论。假设你确实决定杀了你的祖父因为他建立了一个王朝，毁灭了世界。你认为如果你在他见到你祖母之前干掉他，整个家族（包括你）就会消失，世界将会变得更好。根据理论物理学家的说法，情况可能如下：
时间线保护假说：你突然回到过去，走到他面前，用左轮手枪指着他的头。你扣动扳机，但枪没能开枪。枪膛里的子弹在发射帽上有凹痕。你把枪指向别处，扣动扳机，砰！你可以做很多事情，只要它们不是致命的，直到你被警察追赶。
多重宇宙假说：你回到过去，走到他面前，用左轮手枪指着他的头。你扣动扳机，嘣！事情已经过去了。你回到了“现在”，但你从未在这里存在过。你的一切都被抹去了，包括你的家人、朋友、家、财产、银行账户和历史。你进入了一个你从未存在过的时间线。科学家们认为你们可能已经创造了另一条时间线或者进入了一个平行宇宙。
杀死希特勒悖论
就像祖父悖论自相矛盾地阻止你出生一样，杀死希特勒悖论抹去了你想回到过去杀死他的理由。此外，虽然杀死爷爷可能会产生有限的“蝴蝶效应”，但杀死希特勒会对世界上每个人产生深远的影响，即使只是因为你在学校里研究过他这个事实。这个悖论本身源于这样一种想法：如果你成功了，那么就没有理由进行时间旅行了。如果你杀了希特勒，那么他的任何行为都不会在历史上流传下来，让你想去尝试。
到目前为止，对这一概念最好的处理出现在《阴阳魔界》的一集《黑暗的摇篮》中，这一集总结了试图改变历史所涉及的困难，另一集是《神秘博士》中名为“让我们杀死希特勒”的一集。
波尔钦斯基悖论
美国理论物理学家约瑟夫·波尔钦斯基（Joseph Polchinski）提出了一个时间悖论的场景：一个台球进入虫洞，然后从另一端出现在过去，正好及时与较年轻的那个球相撞，从而阻止了它最初进入虫洞。Polchinski的悖论被物理学家们认真对待，因为在爱因斯坦的广义相对论中没有排除时间旅行、封闭的时间曲线（ctc）或穿越时空的隧道的可能性。此外，它的优点是建立在运动定律的基础上，而不必参考自由意志的不确定性概念，因此为科学家提供了一个更好的研究方法来思考悖论。
当约瑟夫·波尔钦斯基（Joseph Polchinski）提出这一悖论时，他脑海中就有诺维科夫的自我一致性原则（Self-Consistency Principle），该原则的基本意思是，虽然时间旅行是可能的，但时间悖论是被禁止的。然而，为了避免波尔钦斯基提出的不一致性，人们已经制定了许多解决方案，基本上是用撞球来改变年轻版本的路线，但不足以阻止它进入虫洞。这个解决方案与“时间线保护假说”有关，该假说指出，为了防止悖论的发生，会发生概率失真。这也有助于解释为什么如果你试图穿越时空并谋杀你的祖父，总是会发生一些事情使其不可能，从而使历史不被改变。
自我实现的预言是悖论吗？
一个自我实现的预言只是一个因果循环，当预言真的发生了，未来的事件在过去造成了因果关系，否则这个现象与其说是一个悖论，不如说是一个因果关系的例子。例如，一位权威人士说某事是不可避免的、恰当的、真实的，并通过有说服力的风格来说服每个人。人们完全被花言巧语说服，开始表现得好像预言已经是真的，并最终通过他们的行动实现了预言。这可以通过一个令人信服的例子来说明：
“从21世纪开始，高速磁悬浮列车将成为最好的交通方式。”
依赖于日益减少的燃料供应的飞机旅行将被保留到横渡大洋的时候，而本地航班将成为过去。人们现在开始计划建设电力驱动的高速铁路网络。基础设施不断完善以提供所需的部件，预测之所以成为现实，并不是因为它确实不可避免（尽管这是一个聪明的想法），而是因为人们的行为似乎让它成为现实。
它甚至在更小的范围内——个人的范围内也起作用。世界上所有那些“自助”书籍的基本方法是，如果你改变自己成功的想法（金钱、事业、约会等），然后随着信念的加强，你开始表现得像一个成功人士。人们开始注意到你，把你当成一个成功的人来对待；这是一种强化/反馈循环，如果你表现得好像你成功了，你就真的成功了。
时间悖论不可避免吗？
蝴蝶效应是混沌理论的一个参考，在混沌理论中，看似微不足道的变化可以在很长一段时间内产生巨大的级联反应。因此，时间流逝假说认为时间悖论是时间旅行不可避免的结果，即使是微不足道的改变也足以完全改变历史。
在一个故事中，一位古生物学家借助时光旅行设备回到侏罗纪时代，去拍摄剑龙、腕龙、角鼻龙和异特龙等恐龙的照片。他知道他不能采集样本，所以他就从固定的平台上拍摄精美的照片，这个平台的位置非常精确，不会改变任何环境。他的助手正要摘一根长草，但他阻止了他，并向他解释，因为他们的存在，什么都不能改变。他们完成了正在做的事情，回到了现在，但是一切都消失了。它们重新出现在一个没有人类的世界里，没有任何迹象表明它们曾经存在过。他们跌倒在他们的平台上，这是世界上唯一的人造东西，并哀叹“为什么？”我们什么都没改变！”在这位科学家的鞋后跟上有一只被压碎的蝴蝶。
《蝴蝶效应》也是一部电影，由艾什顿·库彻饰演埃文·特里伯恩，艾米·斯玛特饰演凯蕾·米勒，讲述了一个问题男人在年轻时失去了记忆，后来解释说他回到了自己的过去，短暂地控制了自己年轻时的身体。这部电影探讨了改变时间线的问题，以及意外后果如何传播。
解决方案
为了避免时间旅行带来的悖论，科学家们想出了许多巧妙的方法来呈现一个更一致的现实版本，其中一些已经在这里提及，包括：
-解决方案：时间旅行是不可能的，因为它创造了悖论。
-自愈假说：成功地改变过去的事件会引发另一组事件，导致现在保持不变。
-多元宇宙或“多世界”假说：每当过去的事件发生改变时，就会产生一个平行宇宙或时间轴。
-擦除时间轴假说：一个穿越到过去的人会在新的时间轴中存在，但他们自己的时间轴被擦除
