尽管我们都认为时间正在流逝，并且是只能朝一个方向，但时间的最神秘之处就在于，为什么它只有这一个方向？
现代科学认为，时间是物质的三维运动对我们大脑影响形成的，只有物质和空间的存在，时间才能演化。时间是永不停顿的大自然节拍器，为每一个事件留下印记。
如果要某个人挑出时间有别于空间的最特别的性质，他首先可能举出时间会流逝，其次可能会说，时间只能单向流逝而不可逆转。
虽然许多物理定律对时间的过去和未来的方向未作区分，但从我们日常体验来说，时间是有方向的、是在向前演化的，毕竟我们看到孩子在一天天成长，树苗在一天天长高。
看看秒针在表盘上飞驶，我们真切意识到时间接连不断地成为现在，再毫不留情地离开。例如，当我们一知道现在是3点钟，赶忙喝杯茶，急匆匆去学校接孩子，然后好像时间马上就在一刻钟之后家长们就要挤满学校大门口似的，如此等等。就这样，时间无情地向前飞跑，人生的画面一张张掠过，而坟墓张大着嘴在前面等着我们。
日常生活的时间在向前与朝后两个方向之间有着巨大差别。设想有一只水杯跌落，在地面上摔成碎片。要是把这个事件摄成一段视频，则不难区分该过程是向前还是朝后。如果将其倒退播放，会看到杯子碎片突然自行聚合成一只完好如初的杯子。你马上可判定此时视频在倒放，因为日常体验不可能观察到此类行为。要是真会出现这种事件，玻璃厂必定破产无疑。
英国理论物理学家霍金（Stephen W. Hawking）曾于1988年4月在加州大学伯克利的一场时间方向（Direction of time）演讲中认为，时间流逝方向至少存在三类不同的时间箭头（方向），其共同点就是时间流逝是单向的。
一、第一类，热力学时间箭头
沿着这一时间方向，无序程度或熵总是在增加。
为什么我们看不到破碎的杯子重新复合，通常的解释是，热力学第二定律（Second law of thermodynamics ，也称熵增定律）不容许出现这类事件。该定律告诉我们：无序程度，或者说熵，总是随时间流逝而增大。换言之，这也是墨菲定律（Murphy's law）的内涵，事物总是朝着更糟的方向发展。
一只完整的杯子处于高度有序状态，而破碎的杯子是一种无序状态。因此，只能从过去的一只完整的杯子变成未来的破碎杯子，但反其道行之则不能。
热力学第二定律还告诉我们，无序状态的数目要比有序状态多得多。例如，一栋房子，是砖瓦有序排列一种方式，要是把它拆了，其瓦砾堆成一团，其堆放排列方式的数目是非常非常多的。它们都是无序排列状态，而且比有序排列数目显然要多得多，无序程度随时间而继续增大。如果说这些瓦砾会自行重新排列成一栋高度有序的房子，则是荒谬的。
无序程度，或者说熵随时间而增大，是时间箭头的一个例子。只有熵增大的方向才是时间流逝的方向。
二、第二类，心理学时间箭头
这个方向使我们感觉到时间在不断流逝。沿着这一方向，从事件的感知到事件的记忆，我们记住了过去。
从大脑神经机制来说，对时间的感知是大脑构建的，它依赖于大脑神经与外界的互动协调，并形成记忆。
人在没有获取记忆之前，其大脑处于空白无序状态，如同计算机对“1”和“0”有相同的概率。当大脑与环境互动（如听觉、视觉、触觉等）有了记忆之后，记忆细胞（如同计算机存储器）从无序状态转为有序状态。但是，为了保证大脑处于正确的状态，人必须消耗一定的能量。这部分从食物转化成的能量以热的形式被大脑消耗掉了，宇宙中的无序程度便因此而增大。可以证明，无序程度的这种增量，比大脑的有序程度的增加要大得多。因此，由于大脑的学习和记忆，宇宙中无序状态的总量在增大。
人脑记住了过去，所取的时间方向与无序程度的增大方向是一致的。这意味着我们对时间方向的主观感觉，即心理学时间箭头，是由热力学时间箭头确定的。
三、第三类，宇宙学时间箭头
沿着这一时间方向，宇宙是在膨胀，而不是收缩。
广义相对论中，宇宙时空的开端必然是一个奇点，是具有高度有序状态的势能。大爆炸后宇宙开始了膨胀，随着时间的推移，它变成呈现成团结构的无序状态。
这也可以用来解释热力学时间箭头的存在。宇宙在开始的时候呈现能量的高度有序状态，随时间变得越来越无序。所以，我们对时间的主观感受应当是沿着这一方向，宇宙正在不断膨胀，而不是取相反方向。
终极而言，宇宙的未来将是万物越来越冷寂，直到时间停止。因为已无足够的活动可以让可测量的时间继续前进。更准确地说，时间将走向终点，但作为一个无限的过程，它永远不会真正抵达终点。
用数学的语言说，时间将无限趋近于终点，但永远不会真正终止。宇宙的熵是一条单向道，就是时间箭头的来源。
四、因果不对称性
所谓“因果不对称性”（Causal asymmetry），也是一种时间箭头，方向从原因到结果的单向性。
因果不对称性的特征显示，时间沿着一个方向前进总是比另一个方向更复杂、更困难，甚至根本不可能。例如，气象工程师利用今天的天气信息资料或数据可以较为精确地预测未来一周的降水几率。但要他根据同样的数据反推过去一周的降水情况，其难度大到几乎做不到。
因此就有学者认为，因果不对称性就是时间单向性的基本特征。物理学家爱丁顿（Arthur Eddington）就主张，因果不对称性决定了时间维度只能朝一个方向前进（先有因，后有果），而朝后（先有果，再有因）则无法实现。
五、结束语
我们对时间已有的种种认知可以确认，时间维度只能朝单一方向。如果时间反转，意味着无序程度随时间而开始减小，无序逐渐变成有序，就会出现奇幻的场景：破碎的杯子自发地复原，记住了明天的股票价格就可以在今天的股市中大发横财。显然，这些都不会发生。
至于有部分学者认为，在特定条件下量子计算中的因果不对称性会消失，等于说时间可以不存在或者时间箭头可以反转。但这种纯理论的概念是否正确，在学界存在较大争议，并不能等同到现实世界。