《時間簡史》這本書是探索宇宙起源的啟迪性科學力作。正如霍金在文章最後說到的話：如果我們確實發現了一個完備的宇宙理論，它應該及時讓所有人理解，而不僅僅是讓幾個科學家理解，那時我們所有人都能參與討論我們和宇宙為什麼存在的問題。如果我們對此找到了答案，則將是人類理性的終極勝利——因為那時我們知道了上帝的精神。
什麼是理論
關於宇宙關於科學，很多時候都是從一個理論開始的，一個好的理論必須滿足以下兩個要求：首先，這個理論必須能準確地描述大量的科學觀測；其次，這個理論能對未來觀測的結果作出明確的預言。就像牛頓的引力理論，該理論是基於及其簡單的模型，在模型中描述兩物體之間的吸引力，然後它卻以很高的精確性預言了太陽、月亮和行星的運動。
人類求知的最深切的意願足以為不斷探索提供充足的理由。而我們的目標恰恰正是對於我們生存其中的宇宙作出完整的描述。
誰推動了宇宙
我們從小就學過，地球在太陽繫上，太陽系在銀河繫上，銀河系在宇宙上，那麼宇宙又在哪裡呢，它又是如何變化地呢。
答案是，宇宙在膨脹。這個推論是從何而來的呢，有一個現象叫都卜勒效應，日常生活中，有一輛小汽車在路上駛過：當它趨近時，它的發動機的音調變高（對應於聲波的短波長和高頻率）；當它經過我們身邊而離開時，它的音調變低。科學家正是通過都卜勒效應，觀測到了所有的恆星都在離我們而去，從而得出了整個宇宙都在膨脹的推論（地球為宇宙中的任意一點，也就是說從任意一點都能觀察到周圍的東西在擴張，能產生這種現象的只有膨脹了）。
力量的本質和暗物質
力量的本質從何而來呢？書中介紹了四種粒子間的力，引力、電磁力、弱核力、強核力。物質粒子之間的相互作用可以被描述成交換攜帶力的粒子。正是這幾種力，構成了宇宙萬物變化的發動機。
什麼是暗物質呢？如果攜帶力的物質本身質量為零。它不像「實」物質那樣可以用粒子探測器檢測到，所以稱為暗物質。然而，因為它又引起了物質粒子之間的力，所以我們知道它們存在。
任何物質都有會和它相湮滅的暗物質。書中打趣道，也可能存在由暗物質構成的整個暗世界和暗人。然而，如果你遇到了暗自身，注意不要握手！否則，你們兩人都會在一個巨大的閃光中消失殆盡。
話又說明來了，既然有暗物質的存在，為何我們周圍的基本沒有呢？書中是這樣預言的，早期的宇宙應該是實物質和暗物質都是存在的，但是數量不一樣，兩種物質相互寂滅，剩下的那種那種物質就是我們的宇宙萬物。
宇宙的起源和造物主
我們的宇宙中，存在著光滑的區域，星系、恆星在這些區域內形成，同時形成的還有包括我們人類在內的有機體（如果沒有這些真空的空間，我們都被壓成肉泥了，也不可能存在了）。
基於此，關於宇宙起源有兩種假設，一種是存在著無數多一個宇宙，而我們恰好生活在如此特殊的一個宇宙，因為宇宙的數量足夠多，我們就是那個必然存在的偶然。
另一種假設是，宇宙在膨脹過程中，階段性加速膨脹，當它膨脹時，物質粒子就越分越開，留下了一個幾乎不包含任何粒子的空間。這種膨脹抹平了任何不規則性，正如當你吹脹氣球時，它上面的皺紋就被抹平了。
書中比較傾向於第二種說法。
接下來的問題是，在沒有暴漲的情況下，宇宙又是如何的呢？書中把宇宙沒有暴脹時候的時間稱為虛時間；在宇宙暴脹了，產生了空間，產生了有機體的時候叫做實時間。
在虛時間裡，宇宙如圖從北極到赤道再到南極那樣收縮膨脹收縮，在實時間裡，宇宙以非常大的暴漲率膨脹。
有人可能會問，那麼暴脹的能量從何而來呢，事實上，宙膨脹符合能量守恆，在各種力對稱的情況下可以一直膨脹。正如固斯說過的：「都說沒有免費午餐這回事，但是宇宙卻是最徹底的免費午餐。」（至少現階段我們額觀測是如此）
只要宇宙有一個開端，我們就可以設想存在一個造物主。但是，如果宇宙的的確確是完全自足的，沒有邊界或邊緣，它就既沒有開端也沒有終結：它就是存在。那麼，還會有造物主存身之處嗎？
黑洞
黑洞是如何形成的呢？當恆星變得足夠密集之時，由不相容原理引起的排斥力就會比引力的作用小，這時恆星就會進一步收縮。只有當物質由非常巨大的外界壓力壓縮成極端緊密的狀態時，才能形成極小的黑洞。光或任何東西都不可能從黑洞逃逸而被我們觀察到。
時間的箭頭
首先，科學定律並不能區分前進和後退的時間方向，所有時間的流逝我們只能通過變化來表示，一點變化都沒有，當然也沒有時間的存在了。總結下來，至少存在三個時間箭頭，能將過去和將來的不同區別開來。
熱力學時間箭頭：隨著時間流逝，整體越來越無序，簡而言之就是封閉的系統內，隨著時間的推移，肯定越來越亂；心理學時間箭頭：即是在這個時間方向上，我們能記住過去而不是將來；宇宙學時間箭頭，也即宇宙是膨脹而不是收縮的方向。對於智慧生命的行動來說，一個強的熱力學箭頭是必需的。為了生存下去，人類必須消耗能量的一種有序形式——食物，並將其轉化成能量的一種無序形式——熱量。因為智慧生命只能在暴脹的宇宙中存在，所以我們也必須在這樣的一種宇宙學時間箭頭下才能存在。
蟲洞和時間旅行：我們只能回到未來，而不能回到過去
首先是關於時間旅行，什麼樣的狀態才能達到時空旅行呢，根據愛因斯坦的相對論，只要速度超過光速，就可以回到過去了。這種狀態要怎麼理解呢，其實我們世界萬物傳播的本質都是靠波動來傳播，這其中最快的波動就是光，如果你比光更快到達的話，你就能比別人提早知道要發生的事。這樣就形成了一種穿越時空的，回到過去的感覺。但是，根據目前的科學實驗，無論怎麼加速，都沒辦法達到光速，既然沒有辦法在速度上超越，就只能抄小路了，抄小路同樣可以在時空間中旅行，這條小路就叫做蟲洞。
蟲洞是時間旅行的關鍵。什麼是蟲洞呢，蟲洞就是一個時空細管，當一個時空間被摺疊（從目前的實驗室依據來看，時空確實可以被摺疊）起來的時候，蟲洞負責把兩個相隔遙遠的幾乎平坦的區域連接起來。如圖所示：
但是目前關於時空旅行存在著一個問題，如果時空旅行真的存在，為什麼我們從來沒有看到有人從未來回來給我們洩露天機呢。
所以文中有一個預言，時空旅行是單向的，只能到達未來，而不能回到過去。這個論斷是基於我們觀察過過去，如果有人通過摺疊曲率到達過過去，那麼會留下相應的痕跡，但是過去並沒有適合時空旅行的曲率。但是未來一切都是未知的，未必不會發生。
也許到了今天，我們真的很接近了。
書中說到，我們發現自己處在令人困惑的世界中，我們要理解周圍所看到的的一切意義，並且追問：宇宙的本質是什麼？我們在其中的位置如何？以及宇宙和我們從何而來？我們試圖尋找一種統一的理論來解決這些困惑，也許到了今天，我們真的很接近了。