四维空间，也叫做"欧几里得四维空间"，是标准欧几里德空间，其第四维是指与x，y，z同一性质的空间维度。
在物理学和数学中，可将n个数的序列理解为一个n 维空间中的位置。当n=4时，所有这样位置的集合就叫做四维空间。四维空间也可以定义点线面的拓扑空间。四维空间和人居住的三维空间不同，因为多了一个维度。
在人们所熟悉的三维空间里，有三对主要方向:上下，南北，东西，这三对方向两两正交成直角。从数学知识来讲，它们在三条不同的坐标轴，即x，y，z上。四维空间另有一对垂直于x，y，z轴的坐标轴，通常称作w轴。
一个图形的维数可以理解为一个人要达到这个图形中所有的点，需要运动的所有不同方向的数目。一个点是一个零维图形，我们从这个点出发，就已经到达了它所有的位置。一条直线是一个一维图形，从直线的某一个点上出发，需要一个指向这个直线方向的向量来到达直线上的所有点，只要一个向量就足够了。一个平面是一个二维图形，给定平面上一个起始点，至少需要两个互不平行的向量往这条直线的"两边"走，才能到达这个平面上的所有点。也可以把平面理解为是许多平行线"堆积"而成的，首先沿着平行线运动，再穿过这些平行线向另一个方向运动。
三维空间，要达到空间中的某一点，我们需要前后走、两边走、上下移动，需要第三个向量才能到达空间中的所有点，也可以把三维空间理解成许多平行平面的堆积，要想从一点运动到另一点，可先沿着一个方向前后走，再向两边走，最后上下走。
四维空间，则需要四个不同方向的向量才能到达空间中的所有点。也可以认为是许多平行三维空间的堆积。要想进入四维空间，必须向一个新的方向运动，才可以达到四维空间中的每一个点，不仅需要前后、左右、上下移动，还要沿着一对新的方向运动。类似于通过研究n - 1维与n维之间的关系，来推断n维与n + 1维之间的关系。
"四维空间"经常会与爱因斯坦相对论中的"四维时空"(叫做"闵可夫斯基空间")相混淆。四维时空描述的是："宇宙是由三维空间和一维时间组成的'四维时空'"，"第四维"与其它三维性质有很大差异。导致混淆的原因是由于相对论错误的科普或者是文艺作品的渲染造成的。