多元宇宙是一個理論上的無限個或有限個可能的宇宙的集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空間、時間、物質、能量以及描述它們的物理法則和物理常數。多元宇宙所包含的各個宇宙被稱為平行宇宙（parallel universes），亦稱平行世界（parallel worlds）、平行時空（parallel spacetimes）、平行次元（parallel dimensions）和代替宇宙（alternative universes）。
平行宇宙是指從某個宇宙中分離出來，與原宇宙平行存在著的既相似又不同的其他宇宙。在這些宇宙中，也有和我們的宇宙以相同的條件誕生的宇宙，還有可能存在著和人類居住的星球相同的、或是具有相同曆史的行星，也可能存在著跟人類完全相同的人。同時，在這些不同的宇宙裏，事物的發展會有不同的結果：在我們的宇宙中已經滅絕的物種在另一個宇宙中可能正在不斷進化，生生不息。
相互平行的兩個宇宙，既不重合，也不相交，可謂“井水不犯河水”。雖然有時通過一些偶然的事件，兩個宇宙能相互感知對方的存在；但一般而言，仍是“雞犬之聲相聞，老死不相往來”。
有學者描述平行宇宙時用了這樣的比喻，它們可能處於同一空間體係，但時間體係不同，就好像同在一條鐵路線上疾馳的先後兩列火車；它們有可能處於同一時間體係，但空間體係不同，就好像同時行駛在立交橋上下兩層通道中的小汽車。
理論上說，想要穿梭於平行宇宙，就需要穿過蟲洞，或者使用大量的能量來人為製造蟲洞來穿梭於平行宇宙，也許在不久的將來，人類能夠前往距離地球最近的蟲洞——銀河係的中心來一探個究竟。
平行宇宙的概念，並不是因為時間旅行悖論提出來的，它是來自量子力學，因為量子力學有一個不確定性，就是量子的不確定性。平行宇宙概念的提出，得益於現代量子力學的科學發現。在20世紀50年代，有的物理學家在觀察量子的時候，發現每次觀察的量子狀態都不相同。而由於宇宙空間的所有物質都是由量子組成，所以這些科學家推測既然每個量子都有不同的狀態，那麼宇宙也有可能並不隻是一個，而是由多個類似的宇宙組成。
從20世紀20年代起，許多物理學家都為量子力學提出了不同的“詮釋”，目的是為測量問題提供一個可靠的解釋，並能讓人們理解波函數的坍縮。在量子力學中，微觀粒子的狀態用波函數（Wave fun）來描述。當微觀粒子處於某一狀態時，它的力學量（如坐標、動量、角動量、能量等）一般不具有確定的數值，而具有一係列可能值，每個可能值以一定的概率出現（宏觀物體處於某一狀態時，它的力學量具有確定的數值）。也就是說，微觀粒子的運動具有不確定性和概率性。波函數就能描述微觀粒子在空間分布的概率。