四维空间是一个时空的概念。简单来说，任何具有四维的空间都可以被称为“四维空间”。日常生活中的“四维空间”通常指的是爱因斯坦在《广义相对论》和《狭义相对论》中提到的“四维时空”概念。根据爱因斯坦的观点，我们的宇宙由时间和空间构成。时空的关系是在三维空间的基础上加上了一条时间轴，这条时间轴是一条虚数值的轴。
四维空间与光速之间存在密切联系。根据爱因斯坦的相对论，我们生活中面对的三维空间加上时间构成所谓的四维空间。由于我们在地球上的时间流逝相对缓慢，因此通常不会明显感觉到四维空间的存在。但当宇航员以接近光速的速度航行时，会发现时间的变化。例如，在时速接近光速的飞船上，人的生命可能会比在地球上的人长很多。这是因为物质的能量会随着速度的改变而改变，时间的变化也是以物质的速度为参照系。
光速是指真空中的光速，是一个物理常数，符号为c，等于299,792,458米/秒。根据爱因斯坦的相对论，没有任何物体或信息运动的速度可以超过光速。最早准确测量光速的方法是通过观测木星对其卫星的掩食测量。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。1983年，光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，光速严格等于299,792,458米/秒。
在现代物理学中，所有电磁波，包括可见光，在真空中的速度都是常数，即光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用传播的速度都是光速，根据广义相对论，万有引力传播的速度也是光速。根据电学定律，发射电磁波的物体的速度不会影响电磁波的速度。结合相对性原则，观察者的参考坐标和发射光波的物体的速度不会影响被测量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。这是狭义相对论的基础。
当速度接近光速时，迪卡儿座标系不再适用。同样测量光线离开自己的速度，一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度（光速）。这与日常生活中对速度的概念不同。两车以50km/h的速度迎面飞驰，司机感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶，即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异。但当速度接近光速时，实验证明简单加法计算速度不再适用。当两飞船以90%光速的速度（对第三者来说）迎面飞行时，船上的人不会感觉对方的飞船以90% + 90% = 180%光速速度迎面飞来，而只是以稍低于99.5%的光速速度行驶。
结果可从爱因斯坦计算速度的公式得出：v + w u=--------- 1+vw/cc。v和w是对第三者来说飞船的速度，u是感受的速度，c是光速。（备注：由于不能打公式，所以上面那个打的不太好，cc就是c的平方）
