祖父悖论是一种时间旅行的悖论，科幻故事中常见的主题。最先由法国科幻小说作家赫内·巴赫札维勒（René Barjavel）在他1943年的小说《不小心的旅游者》（Le Voyageur Imprudent）中提出。情景如下：
假如你回到过去，在自己父亲出生前把自己的祖父母杀死，但此举动会产生一矛盾的情况：
你回到过去杀了你年轻的祖父，祖父死了就没有父亲，没有父亲也不会有你，那么是谁杀了祖父呢？ 或者看作：你的存在表示，祖父没有因你而死，那你何以杀死祖父？
这就是祖父悖论宽矛盾。[1]
物理学家认为，也许世界是由无数个平行宇宙组成的，而当某人回到过去杀你的祖父母时，此人杀的其实是另一个宇宙的人（或者你的这个举动也可以创造一个新的平行宇宙），而此人的“祖父”或“祖母”的死只会使那个平行宇宙的此人不再存在，而这个平行宇宙的此人则平安无事。
在量子物理中，“多个世界（世界线理论）”理论可以如此理解：对于每一个似乎随机的事件来说，只要它的可能性不是零，它所有可能的情形都会在不同的平行世界中发生，造成历史的分支。物理学家大卫·多伊奇（David Deutsch）认为，当你回到过去去杀你的祖父母时，你其实进入了另一个世界，杀的是另一个世界的人。（那个世界与你的世界的差别仅在于你祖父母死了）
M理论，作为至今最有可能结合5种不同的弦论的理论，是如此解释平行宇宙的：多个三维的“膜”可以同时在一个四维的宇宙（不是爱因斯坦的三维空间加一维时间；见膜宇宙学）中存在；这些膜之间的撞击会在膜中产生大量的能量——这也可以解释大爆炸是如何起源的。可是，M理论并不能解释不同膜的历史之间的关系，也不能肯定，当你回到过去时，你会进到另一个膜里面。[1]
M理论（英语：M-theory）是物理学中将各种相容形式的超弦理论统一起来的理论。此理论最早由爱德华·威滕于1995年春季在南加州大学举行的一次弦理论会议中提出。威滕的报告启动了一股研究弦理论的热潮，被称为第二次超弦革命。
弦理论学者在威滕的报告之前已经识别出五种不同的超弦理论。尽管这些理论看上去似乎非常不一样，但多位物理学家的研究指出这些理论有着微妙且有意义的关系。特别而言，物理学家们发现这些看起来相异的理论其实可以透过两种分别称为S对偶和T对偶的数学变换所统合。威滕的猜想有一部分是基于这些对偶的存在，另有一部分则是基于弦理论与11维超重力场论的关系。