Czwarty wymiar czasoprzestrzeni jest „czasowy”, tzn. jest nim po prostu czas. Natomiast istotne jest to, że w fizyce relatywistycznej czas oraz trzy wymiary przestrzenne są z sobą ściśle związane i nie można ich rozpatrywać niezależnie (jak to ma miejsce w fizyce nierelatywistycznej). Kluczową kwestią świadczącą o strukturze czasoprzestrzeni jest to, w jaki sposób różne wielkości przekształcają się przy zmianie układu współrzędnych. W fizyce nierelatywistycznej w charakterystyczny sposób przekształcają się wektory, oznaczane np. jako $\vec{a}=(a_x,a_y,a_z)$ — mają one 3 składowe (przestrzenne), i w wyniku zmiany układu współrzędnych (np. przekręcenia osi takiego układu o jakiś kąt) wszystkie te składowe zmieniają swoje wartości, natomiast długość całego wektora, czy też kwadrat takiej długości $\vec{a}^2=a_x^2+a_y^2+a_z^2$, pozostaje niezmieniona.

Natomiast w fizyce relatywistycznej, np. w szczególnej teorii względności w której czasoprzestrzeń jest tzw. przestrzenią Minkowskiego, wielkościami które przekształcają się w pewien charakterystyczny sposób są tzw. czterowektory — jak sama nazwa wskazuje mają one 4 składowe $(a_t,a_x,a_y,a_z)$ z których $a_t$ jest określana jako składowa czasowa, natomiast $(a_x,a_y,a_z)$ są składowymi przestrzennymi. Istotne jest to, że w wyniku zmian układu odniesienia, określanych jako transformacje Lorentza, niezmieniona pozostaje tzw. długość czterowektora, której kwadrat zdefiniowany jest jako $a_x^2+a_y^2+a_z^2-a_t^2$. W wyniku transformacji Lorentza zarówno składowe przestrzenne czterowektora, jak też składowa czasowa $a_t$ zmieniają swoje wartości, ale w taki sposób, by powyższe wyrażenie (długość czterowektora) pozostało takie samo — jest to zatem inny rodzaj transformacji niż w fizyce nierelatywistycznej. Bardzo ważny jest też znak minus stojący przy $a_t^2$ — właśnie ten znak świadczy o odmiennym charakterze współrzędnej czasowej od współrzędnych przestrzennych i prowadzi do wielu zaskakujących wniosków.

Konsekwencją powyższej struktury czasoprzestrzeni są zjawiska takie jak skrócenie Lorentza i dylatacja czasu. Więcej szczegółów dotyczących struktury czasoprzestrzeni oraz transformacji Lorentza można znaleźć na takiej stronie, jak też jej angielskiej wersji.