平行宇宙（parallel universes）是指多元宇宙中所包含的各个宇宙。多元宇宙是一个理论上的无限个或有限个可能存在的宇宙集合，包括了一切存在和可能存在的事物：所有的空间、时间、物质、能量以及描述它们的物理法则和物理常数。通常所说的平行宇宙，是指在已知宇宙之外还可能存在的相似的其他宇宙。
平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来，平行宇宙与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在这些宇宙中，也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙，还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星，也可能存在着跟人类完全相同的人。同时，在这些不同的宇宙里，事物的发展会有不同的结果：在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化，生生不息。有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻，它们可能处于同一空间体系，但时间体系不同，就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车；它们有可能处于同一时间体系，但空间体系不同，就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。
科学家将会有多种方法检验这些平行宇宙的理论，甚至可能排除其中的一些。在今后几十年，随着宇宙测量技术的巨大进步，通过诸如宇宙微波背景辐射探测、大尺度物质分布测量等，科学家会进一步限定空间的弯曲和拓扑结构，从而检验第一层平行宇宙理论。而更精确的暴胀测量，可以用来检验第二层平行宇宙的理论。天体物理学和高能物理学的共同进步，也会确定物理常量的微调程度，从而削弱或加强第二层的存在可能。如果全球制造量子计算机的努力能够成功．那么它将会为第三层宇宙的存在提供进一步的证据，因为它在本质上要利用第三层平行宇宙的平行性来做平行计算。相反，纠正不守恒的实验证据则会排除第三层。最后，现代物理的重大挑战，统一广义相对论和量子场论的成功或失败，会给第四层宇宙的研究带来更多启示。科学家可能最终找到一个和人们的宇宙相匹配的数学结构，也可能突然碰到不可思议的数学有效性极限，从而不得不放弃第四层。