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超空间概念可以追溯到十九世纪中叶[5] 。超空间跃迁是科幻作品中往来恒星间被认可的方法，例如《海伯利安》描述巨树之舰通过量子跃迁穿越，游戏《家园》中“超空间核心”可实现无限制空间跳跃。
现实世界中，阿库别瑞引擎是最接近超光速旅行的设备，由物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出，虫洞之间的空间可能被视为类似于超空间的概念。游戏《HyperSpace Δ》则以超空间旅行为主题，并使用陀螺仪控制。
加来道雄的科普着作《超空间》（2018年出版）旨在为普通读者打开科学的心扉，将最前沿的科学思想告知大众。书中通过生动的比喻解释高维空间、弦理论、虫洞与时间旅行等概念。加来道雄还出版了《超越爱因斯坦和超空间》《平行宇宙》等多部畅销科普作品。
在理论物理学中，超空间（Hyperspace）通常指超过四个维度的空间。弦理论认为所有构成物质或传递力的粒子都源自于微小的弦的振动，其要求时空具有十个维度（九个空间维度，一个时间维度）。而M理论则将其统一并扩展至十一个维度。超弦理论（由加来道雄等科学家于1984年提出）认为粒子是弦在超级空间中的运动。根据理论发展，玻色弦论空间为25维，超弦论为9维，M理论为10维。这些额外的维度可能卷曲得非常微小，或存在于高维超空间与膜世界之中。
超空间发动机的理论基础来自上世纪50年代已故德国物理学家巴克哈德·海姆首次提出的一个颇具争议的宇宙构造理论。该理论称，如果能由“超空间发动机”创造一个足够强大的磁场或重力场，那么身处其间的物体（如太空船）就将“进入”另一个完全不同的“多维空间”。而在“多维空间”中，光速将比我们了解的快许多倍，从而太空船也将以“难以置信的高速”飞行（另一种理论称之为“快子宇宙”且人类感官无法分辨）。当飞行结束、关掉“超空间发动机”所创造的力场后，太空船就会回到原三维空间。
发动机通过强大的力场扭曲空间形成一个能量漩涡，漩涡里面是一个多维空间，物体进入多维空间里面，就可以实行“空间跳跃”。
到达目的地后，只需关闭发动机，能量漩涡就会消失，物体就会回到原来的三维空间。
概念好比在一张展开的白纸的两边各画一个点。在三维空间中，两点之间的最短距离是直线，如果实施了超空间跳跃，则是将两点重叠起来，使距离消失。
事实上，超空间类似于爱因斯坦-罗森桥，即通过虫洞完成空间相对瞬时转移（虫洞中时间维度完全崩溃，即使外面经过1000万年也不会效用于内部转移的物质）。根据《银河帝国8》的描述，超空间仍受到相对论约束，这就涉及到相对论的作用域问题。唯一趋近于超空间跃迁的是虫洞凌跳和曲速跃迁。虫洞受限于负质量物质无法解决属于基本不现实，唯一办法是质-能转化使物质过度释放能量，质量变负；曲速则涉及到物质转移或是质-能转化，科技也做不到。超空间跃迁基于人类高度发展的质-能转化科技，近200年内估计难以实现。
跃迁，即量子力学体系状态发生跳跃式变化的过程。原子在光的照射下从高（低）能态跳到低（高）能态发射（吸收）光子的过程就是典型的量子跃迁。即使不受光的照射，处于激发态的原子在真空零场起伏的作用下，也能跃迁到较低能态而发射光子（自发辐射）。除了辐射过程之外，其他散射过程、衰变过程等也都属于量子跃迁。
跃迁（transition）是量子跃迁的简称。量子力学中的跃迁是指从一个量子状态到另一个量子状态的变化过程。由于这两个状态能量不同，跃迁时伴随有能量的放出或吸收，在很多情况下这是以发射或吸收一个光子的方式来实现的。
量子跃迁是概率性过程，这是量子规律的根本特征。以原子能级跃迁为例，无法预言某个原子什么时刻发生跃迁，有的原子跃迁可能发生得早，有的原子跃迁可能发生得迟，因此原子处于激发态的寿命不是整齐划一的，但对大量原子来说，激发态的平均寿命是确定的，可以实验测定和理论计算。量子跃迁的速率与体系的相互作用以及跃迁前后的状态有关，并遵从一定的守恒定律。原子能级跃迁所遵从的选择定则就是角动量守恒和宇称守恒的结果。
微观粒子量子状态的变化，包括从高能态到低能态以及从低能态到高能态．当粒子由于受热，碰撞或辐射等方式获得了相当于两个能级之差的激发能量时，他就会从能量较底的初态跃迁到能量较高的激发态，但不稳定，有自发地回到稳定状态的趋势。在释放出相应的能量后，粒子自动地回到原来的状态，这些行为称为跃迁，遵守严格的量子规则。其吸收或发射的能量都是h的整数倍。如果以光的形式表现出来，就造成光谱线的分立性。
多维空间指由四个或更多维度构成的理论模型，在数学和物理领域用于描述高维结构。根据相对论，四维时空由三维空间与时间轴组成，但时间维度与其他空间维度存在本质差异。弦理论提出宇宙可能原本具有十维（九维空间加一维时间），大爆炸后三维空间扩展形成可观测宇宙，其余维度卷缩于微观尺度。
数学上四维空间在三维基础上增加一个空间维度（w轴），与四维时空（三维加时间）性质不同。M理论认为宇宙由11维构成，其中7个维度压缩为微观弦结构，不同振动形式对应基本粒子。高维空间理论尝试解释量子力学与相对论的矛盾，并衍生出虫洞和平行宇宙等假想概念。
1926年卡鲁扎尝试通过引入额外空间维度统一引力与电磁力。超弦理论推测宇宙初期存在十维空间，后续演变形成当前结构。科幻作品中常以四维空间描述突破三维限制的现象，如《三体》中四维生物可透视物体内部。