特殊相対性理論は座標系をローレンツ変換によって変換した際に基礎物理法則が共変になるように構成され、さらに重力まで考慮された一般相対性理論は一般座標変換に対して物理法則が共変になるように構成される。いずれも時間座標と空間座標が変換によって混ざり合うので、時間、空間を分け隔てなく扱う4次元的な記述が必要になる。このような4次元座標空間において粒子の軌跡を描いたのが世界線である。したがって、ある空間座標に静止した粒子の世界線は、時間軸に平行な直線になる。