世界线（Worldline）是德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦于其1905年论文《论动体的电动力学》中提及的概念。他将时间和空间合称为四维时空，粒子在四维时空中的运动轨迹即为世界线。一切物体都由粒子构成，如果我们能够描述粒子在任何时刻的位置，我们就描述了物体的全部“历史”。
在物理学上，世界线是物体穿越四维时空唯一的路径，因加入时间维度而有别于力学上的“轨道”或“路径”。世界线意味着所有粒子的历史已经给定，再也不会被改变。事件一旦发生，即表明身体上的每一个原子的世界线都已经固定，无论我们再做什么都不会重新改变（事实上我们所做的仍然是固定的）。世界线永远从过去走向未来（在标准闵可夫斯基图中‘指向纸面上方’），而通过空间的运动则用线的左右摆动方式来表示。
在理论物理中，世界线是时空中某物体的历史所组成的事件序列，事件的发生与其前后演变可用四维座标标示。世界线是时空中的特殊曲线，线上的每个点都能标出物体在那个时间的时空位置。例如，地球的公转轨道是宇宙中一个近乎圆形的三维空间轨迹，可以被视为地球的世界线在四维时空中的投影。
在量子理论中，世界线与量子纠缠态的概念相结合，构成了量子系统的量子纠缠态。一个世界，无数个可能性分支（世界线），把世界系统看做量子系统的量子纠缠态，这里以世界线纠缠态来指代无数的可能性世界线纠缠在一起构成了世界线收束范围。世界会阻碍一切影响结果的行为，这就是世界线的收束。身为“结果”的事件一定会发生。在单一世界线中，历史是固定不变的既定事实，无论传递信息还是通过时光机返回到过去，传递回去的信息以及返回过去的人物，都将成为历史的补充者。因为它的到来，历史得以正规化，才真正成为后世人眼中的“历史”。
此外，世界线的概念也被用于科幻作品，例如游戏《命运石之门》及其衍生作品中。在这些作品中，世界线是贯穿过去和未来的一个世界的历史，尽管世界存在多种可能性，但同一时刻只有一个世界，不存在平行世界。每一条世界线是“世界历史的一种可能性”，这种历史有多种不同的可能性，因为某些条件的改变，就会引发历史事件的变动，使得世界线发生变动，进而让世界的过去和未来重构。