ทฤษฎีของการเดินทางข้ามเวลาจะเต็มไปด้วยคำถามเกี่ยวกับเรื่องของเหตุภาพ (causality) และปฏิทรรศน์

ปฏิทรรศน์คุณปู่ (The grandfather paradox)

เรื่องหนึ่งที่มักจะนำไปสู่การสนทนาในทางปรัชญาเกี่ยวกับเวลาคือความคิดที่ว่า, ถ้าใครคนใดคนหนึ่งสามารถที่จะย้อนเวลากลับไปได้, ความขัดแย้งหรือปฏิทรรศน์จะเกิดขึ้นเป็นผลตามมา ถ้านักเดินทางข้ามเวลาได้ทำการเปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ ตัวอย่างที่ดีที่สุดของเรื่องนี้คือปฏืทรรศน์คุณปู่และแนวความคิดเรื่อง ออโต้เอนแฟนทีไซด์ (autoinfanticide) (คำอ่านในภาษาเยอรมัน เอาท์โทเอนแฟนทีไซด์)

ออโต้เอนแฟนทีไซด์ (นิยายวิทยาศาสตร์) คือ การกระทำของการที่จะย้อนเวลากลับไปในอดีตที่ผ่านมาและฆ่าตัวเองให้ตายเมื่อยังเป็นทารก) ปฏิทรรศน์คุณปู่เป็นสถานการณ์สมมุติซึ่งนักเดินทางข้ามเวลาได้เดินทางย้อนเวลากลับไปและพยายามจะฆ่าคุณปู่ทางฝ่ายพ่อของเขาในเวลาก่อนที่คุณปู่ของเขาจะได้พบกับคุณยายของเขา ถ้าเขาทำเช่นนั้น, แล้วพ่อของเขาก็จะไม่ได้เกิดมา, และก็จะทำให้ตัวของนักเดินทางข้ามเวลาเองก็จะไม่ได้เกิดขึ้นมาด้วยเช่นกัน, ซึ่งในกรณีนี้ก็จะทำให้นักเดินทางข้ามเวลาก็จะไม่เคยที่จะได้ย้อนเวลากลับไปเพื่อที่จะได้ฆ่าคุณปู่ของเขาเลย ปฏืทรรศน์ในบางครั้งจะถูกกำหนดด้วย ออโต้เอนแฟนทีไซด์ ที่นักเดินทางข้ามเวลาได้ย้อนเวลากลับไปและพยายามที่จะฆ่าตัวเองให้ตายตั้งแต่ยังเป็นทารก ถ้าเขาจะทำเช่นนั้นเขาก็จะไม่ได้เติบโตขึ้นมาเพื่อที่จะได้ย้อนเวลากลับไปฆ่าตัวเองให้ตายตั้งแต่เมื่อครั้งยังเป็นทารก

การพิจารณาในเรื่องนี้เป็นสิ่งที่สำคัญกับปรัชญาของการเดินทางข้ามเวลาเพราะนักปรัชญามีความสงสัยอยู่ว่าปฏิทรรศน์เหล่านี้จะทำให้การเดินทางข้ามเวลานั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ นักปรัชญาบางคนได้ตอบคำถามเกี่ยวกับปฏิทรรศน์ที่เกิดขึ้นเหล่านี้โดยให้เหตุผลว่ามันอาจจะเป็นกรณีที่การเดินทางข้ามเวลาย้อนกลับไปสู่อดีตนั้นจะเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ แต่มันจะเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้อย่างแท้จริงที่จะเปลี่ยนแปลงอดีตที่ผ่านมาแล้วไม่ว่าจะโดยในทางใดทางหนึ่งก็ตาม,[31] เป็นแนวความคิดที่คล้ายกันกับที่นำเสนอ หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟ ในวิชาฟิสิกส์

ปฏิทรรศน์แห่งภววิทยา (Ontological paradox)

หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟ (Novikov self-consistency principle), ที่ถูกตั้งชื่อหลังจากที่ อิกอร์ ดมิทรีอาวิช นาวิคอฟ (Igor Dmitrievich Novikov), ได้กล่าวว่า การกระทำใด ๆ, ที่เกิดโดยนักเดินทางข้ามเวลาหรือโดยวัตถุที่เดินทางย้อนเวลากลับไป, ที่เป็นส่วนหนึ่งของประวัติศาสตร์ตลอดช่วงระยะเวลาในระหว่างอดีตที่ผ่านมาแล้วจนถึงตอนนี้ และดังนั้นมันจึงเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้สำหรับนักเดินทางข้ามเวลาในการที่จะ "เปลี่ยนแปลง" ประวัติศาสตร์ในทางใดทางหนึ่ง การกระทำที่เกิดจากนักเดินทางข้ามเวลาอาจเป็นสาเหตุของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในอดีตของตัวเขาเอง, ซึ่งจะชักนำไปสู่ศักยภาพในการทำให้เกิดวงจรแห่งเหตุ (circular causation) บางครั้งก็เรียกว่า ปฏิทรรศน์พรหมลิขิต (predestination paradox), [32] ปฏิทรรศน์แห่งภววิทยา, [33] หรือ ปฏิทรรศน์เชือกถักรองเท้าบูท (bootstrap paradox)[33][34] คำว่า ปฏิทรรศน์เชือกถักรองเท้าบูท เป็นคำเรียกที่นิยมจากหนังสือนวนิยายวิทยาศาสตร์ของ โรเบิร์ต เอ. ไฮน์ไลน์ (Robert A. Heinlein) เรื่อง "วัฏจักรเวลา" (By His Bootstraps) [35] หลักการสอดคล้องในตัวเองของนาวิคอฟแนะว่ากฎเฉพาะแห่งของฟิสิกส์ (local laws of physics) ในขอบเขตอาณาบริเวณของกาลอวกาศที่มีนักเดินทางข้ามเวลาอยู่จะไม่มีความแตกต่างใด ๆ ไปจากกฎเฉพาะแห่งของฟิสิกส์ในขอบเขตอาณาบริเวณอื่น ๆ ของกาลอวกาศ [36]

นักปรัชญาชื่อ เคลลี่ แอล รอสส์ (Kelley L. Ross) ได้ระบุใน "ปฏิทรรศน์ของการเดินทางข้ามเวลา" [37] ว่าในสถานการณ์ของปฏิทรรศน์แห่งภววิทยาที่เกี่ยวข้องกับวัตถุทางกายภาพ, อาจจะมีการละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ รอสส์ใช้ภาพยนตร์เรื่อง ลิขิตรักข้ามกาลเวลา (Somewhere in Time) เป็นตัวอย่างที่ตัวละครที่รับบทโดย เจน ซีมัวร์ (Jane Seymour) มอบของแก่ตัวละครที่รับบทโดย คริสโตเฟอร์ รีฟ (Christopher Reeve) เป็นนาฬิกาที่เธอเป็นเจ้าของมานานหลายปีแล้ว, และเมื่อเขาเดินทางย้อนเวลากลับไปในอดีตเขาก็ได้ให้นาฬิกาแบบเดียวกันกับตัวละครเจน ซีมัวร์ เมื่อ 60 ปีที่ผ่านมา ดังที่รอสส์ได้กล่าวไว้ว่า: นาฬิกาเป็นวัตถุที่เป็นไปไม่ได้ มันฝ่าฝืนกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กฎแห่งเอนโทรปี รอสส์ระบุว่าเอนโทรปีในนาฬิกาจะเพิ่มขึ้น นาฬิกาที่รีฟนำกลับมาจะถูกใช้จนเก่ามากกว่านาฬิกาที่ซีมัวร์ได้รับมา กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เป็นที่เข้าใจกันโดยนักฟิสิกส์สมัยใหม่ในอันที่จะเป็นกฎทางสถิติ, ดังนั้น การลดลงของเอนโทรปีหรือการไม่เพิ่มขึ้นของเอนโทรปี (decreasing entropy or non-increasing entropy) จึงไม่ใช่สิ่งที่เป็นไปไม่ได้, เพียงแต่เป็นเรื่องยากที่จะเกิดขึ้น นอกจากนี้, เอนโทรปีจะเพิ่มจำนวนขึ้นในทางสถิติในระบบที่แยกตัวโดดเดี่ยว, ดังนั้นระบบที่ไม่โดดเดี่ยวดังเช่นวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอกอาจทำให้วัตถุนั้นดูเก่าลงและลดการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีในระบบและเป็นสิ่งที่เป็นไปได้สำหรับวัตถุที่มีเส้นโลก (world-line) อยู่ในรูปแบบของวงบ่วงปิดที่ถูกทำให้อยู่ในสภาพเดียวกันอยู่เสมอในจุดเดิมของประวัติศาสตร์ [21]:23