การเดินทางข้ามเวลาไปในอดีตที่ยอมรับได้ในทางทฤษฎีนั้นใช้วิธีการดังต่อไปนี้: [21]

• การเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วของแสง
• การใช้เส้นคอสมิคและหลุมดำ
• รูหนอนและการขับเคลื่อนแบบอัลคับเบียร์ (Alcubierre drive)

การเดินทางโดยการเคลื่อนที่ที่เร็วกว่าแสง (faster-than-light : FTL)

ถ้าใครคนใดคนหนึ่งสามารถเคลื่อนย้ายข้อมูลหรือสสารจากจุดใดจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วกว่าแสง, ดังนั้นตามสัมพัทธภาพพิเศษ, จะมีบางกรอบเฉื่อยของการอ้างอิงในการที่สัญญาณหรือวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะย้อนกลับไปในเวลาได้ นี้เป็นผลมาจากสัมพัทธภาพของความพร้อมกัน (relativity of simultaneity) ในสัมพัทธภาพพิเศษ, ซึ่งกล่าวว่าในบางกรณีกรอบอ้างอิงที่แตกต่างกันจะไม่ขัดแย้งกันไม่ว่าสองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในตำแหน่งที่แตกต่างกันเกิดขึ้น "ในเวลาเดียวกัน" หรือไม่ก็ตามและพวกมันยังสามารถที่จะไม่ขัดแย้งกับลำดับของสองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น (ในทางเทคนิคความขัดแย้งเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อระยะห่างของปริภูมิ-เวลา ระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็น 'อวกาศ-เสมือน' (space-like), หมายความว่าเหตุการณ์ทั้งสองตั้งอยู่ในกรวยแสงในอนาคตอื่น ๆ [22] หากหนึ่งในสองเหตุการณ์ที่แสดงถึงการส่งสัญญาณจากตำแหน่งหนึ่งและเหตุการณ์ที่สองแสดงให้เห็นถึงการรับสัญญาณเดียวกันที่ตำแหน่งอื่น ๆ, แล้วตราบนั้นสัญญาณจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วของแสงหรือช้ากว่า, คณิตศาสตร์ของความพร้อมกันได้ทำให้แน่ใจว่าทุกกรอบอ้างอิงยอมรับว่าการส่งผ่านเหตุการณ์ได้เกิดขึ้นก่อนที่จะมีการรับเหตุการณ์นั้น ๆ [22]

อย่างไรก็ตามในกรณีของสัญญาณสมมุติที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง, จะมีอยู่เสมอ ๆ ที่จะมีกรอบบางอันที่สัญญาณจะสามารถถูกรับได้ก่อนมันที่จะถูกส่งไปเพื่อให้สัญญาณดังกล่าวได้เคลื่อนที่ย้อนเวลากลับไป และเนื่องจากหนึ่งในสองพื้นฐานของสมมุติฐานของสัมพัทธภาพพิเศษที่กล่าวว่ากฎของฟิสิกส์ควรจะทำงานในลักษณะเดียวกันในทุกกรอบเฉื่อย, ดังนั้นถ้ามันมีความเป็นไปได้สำหรับสัญญาณที่จะเคลื่อนที่ย้อนเวลากลับไปสำหรับกรอบใดกรอบหนึ่ง, มันก็จะต้องมีความเป็นไปได้กับทุก ๆ กรอบเสมอ ซึ่งหมายความว่าหากผู้สังเกตการณ์ A จะส่งสัญญาณไปสู่ผู้สังเกตการณ์ B ซึ่งเคลื่อนที่แบบ FTL (เร็วกว่าแสง) เมื่อเทียบกับกรอบของผู้สังเกตการณ์ A แต่ย้อนเวลากลับไปเมื่อเทียบกับกรอบของ B, แล้วจากนั้น B ได้ส่งสัญญาณตอบกลับซึ่งเคลื่อนที่แบบ FTL เทียบกับกรอบของ B แต่ย้อนเวลากลับไปเทียบกับกรอบของ A, มันสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า A จะได้รับการตอบกลับนั้นก่อนที่จะมีการส่งสัญญาณต้นฉบับดั้งเดิมออกมา, อันเป็นวิธีการแก้ปัญหาสำหรับในเรื่องของการฝ่าฝืนหลักความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผลในทุก ๆ กรอบ

การใช้รูหนอน

รูหนอนเป็นสมมติฐานของปริภูมิ-เวลาที่โค้งงอซึ่งจะได้รับอนุญาตโดยสมการสนามของไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป, แม้ว่ามันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเดินทางผ่านรูหนอนเว้นเสียแต่ว่ามันจะเป็นสิ่งที่เรียกว่า รูหนอนทะลุได้ (traversable wormhole) เท่านั้น

เครื่องมือสำหรับการเดินทางย้อนเวลาที่นำเสนอโดยใช้รูหนอนทะลุได้ (ตามสมมุติฐาน) จะทำงานในลักษณะดังต่อไปนี้: ปลายด้านหนึ่งของรูหนอนจะถูกทำให้เคลื่อนที่จนมีความเร่งอย่างมีนัยสำคัญบางอย่างเป็นสัดส่วนของอัตราเร็วของแสง, ซึ่งอาจจะใช้ระบบขับเคลื่อนขั้นสูงบางอย่าง, และสามารถที่จะนำปลายด้านนี้กลับไปที่จุดเริ่มต้นได้ หรืออีกวิธีหนึ่งคือการใช้ช่วงระยะเวลาหนึ่ง ณ บริเวณปากทางเข้าของรูหนอนและเคลื่อนย้ายมันไปให้อยู่ภายในสนามแรงโน้มถ่วงจากวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงสูงกว่าบริเวณปากทางเข้าอีกทางหนึ่ง , แล้วจากนั้นก็ย้ายมันกลับไปยังตำแหน่งเดิม สำหรับทั้งสองวิธีการดังกล่าวนี้ ทำให้เกิดการยืดออกของเวลาของส่วนทางด้านปลายของรูหนอนด้านที่ถูกทำให้เคลื่อนที่ไปทำให้ได้อายุเวลาที่มีค่าน้อยกว่าด้านส่วนปลายที่อยู่นิ่ง ๆ กับที่,

วิธีการอื่น ๆ ตามหลักสัมพัทธภาพทั่วไป

อีกวิธีหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับทรงกระบอกความหนาแน่นสูงที่มีการปั่นหมุนมักจะเรียกว่าทรงกระบอกทิปเลอร์ (Tipler cylinder)

การทดลองดำเนินการ

การทดลองบางอย่างที่ได้ดำเนินการกันอยู่นั้นทำให้เกิดความประทับใจในความเป็นเหตุเป็นผลซึ่งกันและกันหรือเรื่องของเวรกรรมตามสนอง (reverse causality) กันอยู่ แต่ก็อาจจะต้องมีการตีความพิจารณาความหมายกันให้ถ่องแท้

การทดลองที่มิใช่ฟิสิกส์พื้นฐาน

มีหลายการทดลองที่ได้รับการดำเนินการเพื่อพยายามที่จะดึงดูดให้มนุษย์จากในยุคอนาคต, ที่อาจจะคิดค้นเทคโนโลยีการเดินทางข้ามเวลา, เดินทางย้อนเวลากลับมาและแสดงสาธิตให้เห็นถึงเทคโนโลยีนี้ให้ผู้คนของเวลาในปัจจุบันได้เห็น ดังเช่นเหตุการณ์ วันแห่งจุดหมายปลายทางที่เมืองเพิร์ธ (2005) หรือ การประชุมของนักเดินทางข้ามเวลา (Time Traveler Convention) ที่จัดขึ้นโดยสถาบันเอ็มไอที ซึ่งได้ทำการเผยแพร่ข่าวของการประชุมในครั้งนี้ด้วย "การโฆษณาประชาสัมพันธ์" อย่างหนักหน่วง เพื่อสำหรับกำหนดการและสถานที่ในการจัดประชุมสำหรับนักเดินทางจากอนาคตได้มาพบปะสังสรรค์กัน ย้อนกลับไปในปี 1982 กลุ่มในบัลติมอร์, จากมลรัฐแมริแลนด์. ที่ระบุตัวเองว่าเป็นโครเนนัท (Krononauts) ได้จัดกิจกรรมประเภทนี้ในการต้อนรับผู้มาเยือนจากอนาคต [23][24]