四維空間（four-dimensional space）是一個數學（幾何學），或者物理學概念。不過無論在哪個領域裡，“維度”（dimension）指的都是事物的“參考系”（的個數）。

空間中的一條線段可以被座標軸上的一個點（數字）來確定，它的長度可以視為相應的點到原點的距離。比如長度為1的一條線段可以表示為x軸上的+1。像這樣只有一個參考量的事物就只有一個維度（一維）。

不在座標軸上的點需要兩個參考量來確定，比如（1,1），它代表著x軸與y軸上，與原點距離為+1的兩個點在第一象限內的對映。由於有兩個參考量，所以被稱為“二維”。兩個維度可以確定一個幾何平面圖形，比如一個正方形。

在座標系中加入與x軸和y軸都正交的z軸後，空間就變成了立體的，也就是“三維空間”。三個參考量足以確定一個立體結構，比如一個立方體，它擁有長、寬和高三個維度。

在數學（幾何學）上，更高的維度，以及更高維度的幾何體都是存在的，雖然它們很難被直觀地表現出來。所謂的“四維空間”，不過是在人們在“三維空間”的基礎上又增加了一個參考。

（需要指出的是，一個大立方體套一個小立方體並不斷轉化的gif圖，並不是四維空間，而是子空間）如圖，曾多次被認為是四維空間。