虫洞是三维空间扭曲而联通两个遥远地点的管道，它连接着宇宙中两个遥远时空。因为受到目前自身科学技术水平的限制，人类想要进行星际旅行，唯一的可能就是借助虫洞进行穿越。

电影里，在某年美国国家航空航天局观测到引力异常现象，尤其是土星附近的时空扭曲，他们逐渐意识到，那里有一个虫洞。于是他们派出了马特达蒙等十多个科学家分头去探索虫洞对面的星系，如果找到适合人类居中的星球，就发送信号，如果找不到，就证明牺牲了。

多年以后，航天局收到了三个信号。于是决定派出新的探索队，然而这时候航天局已经今非昔比，连一个真正飞过的宇航员都没有。正在他们决定仓促出发的时候，电影主角马修麦康纳这个昔日最优秀宇航员出现了，于是决定派他带队去探索。

马修一行乘坐飞船穿越虫洞后发现出口在一个超大型黑洞附近，也就是电影中描述的卡冈图雅黑洞。

《星际穿越》中的黑洞形象被称为有史以来对黑洞面貌描述最准确的描述：在快速旋转的巨型黑洞的周围，围绕着一圈炽热明亮的物质，同时由于黑洞的引力作用，使经过它的光线也发生偏转，造成引力透镜现象。这使得人们在远处观察黑洞，会看到在一个接近圆形的黑洞周围有一个几乎对称的光圈。

这个模型是三十多个人、数千台计算机工作一年的成果，说卡冈图雅黑洞是这部电影真正的主角也不为过。

电影里中穿越虫洞后探索的第一个星球是一个海洋水星球，因为距离黑洞视界非常非常近，时间的扭曲也非常厉害。之后由于海浪在黑洞巨大潮汐力的作用下形成巨大的海啸耽误了很长时间，由于时间延缓效应，在这段时间里，留守的黑人物理学家胡须已有些发白，墨菲已经长大。

那么什么是时间延缓效应呢？答：在静止参照系中观测，运动参照系中发生的物理事件进程变慢了，其实质是因为在静止参照系中观测到的光路比运动参照系中观测到的光路延长了。

一句话解释：靠近黑洞时间会变慢

电影中，马修等人驾驶飞船探寻卡冈图雅黑洞附近的三个行星，旅行途中因为发生了意外爆炸失去了部分燃料，要想在目标行星上着陆，飞船也必须要达到足够的速度才行。

考虑到飞船利用自身的动力系统无法达到这个速度，他们非常熟练地运用了引力弹弓手段：首先利用一个围绕着卡冈图雅黑洞运行的小黑洞的引力进行加速，接近黑洞和行星。之后再利用附近一颗中子星的引力场进行减速，进而与行星实现同步，才实现着陆。

如果说四维空间是三维加时间，时间具象化，像是可以移动的路径。而五维空间是你可以沿着四维移动，改变四维的选择，让它向你想要的结果上行进。但你得等待这个行进的过程，无法直接到达结果。

影片最后马修进入黑洞后跌落五维空间中，可以连续的在时间尺度上穿越，并让机器人把黑洞内的“量子数据”穿回地球进而拯救人类。

电影设定在在高维空间中引力是具象化的，可以被操纵。因此引力在影片中具有超距作用，可以跨过时间和空间，进而控制墨菲的小屋，传递信号数据最终解救地球。