고유 시간은 상대론에서 시공간 상의 한 사건에서 다른 사건까지의 경로를 따라 이동하는 물체나 관찰자에게 고유하게 측정되는 시간 간격을 의미한다. 이는 특정 관성계에 의존하지 않는 불변량으로, 모든 관찰자가 동의하는 값이다. 좌표 시간(coordinate time)과는 구별되며, 물체의 운동 상태에 따라 다르게 측정될 수 있는 좌표 시간과 달리, 고유 시간은 해당 물체의 경로에 직접적으로 연결된 내재적인 시간 개념이다.
고유 시간은 민코프스키 시공간에서 세계선(world-line)의 '길이'로 이해될 수 있다. 이는 시공간 간격(spacetime interval)으로부터 도출되는 개념으로, 시공간 간격과 마찬가지로 모든 관성계에서 동일한 값을 갖는 스칼라량이다. 다시 말해, 고유 시간은 움직이는 시계가 측정하는 시간이며, 그 시계의 관점에서 시공간 상의 두 사건이 일어나는 데 걸린 시간이다.
특수 상대성이론에서, 정지한 관찰자가 측정하는 시간(좌표 시간)과 움직이는 시계가 측정하는 고유 시간 사이에는 시간 팽창(time dilation) 현상이 발생한다. 즉, 움직이는 시계의 고유 시간은 정지한 관찰자가 보는 좌표 시간보다 항상 짧게 측정된다. 일반 상대성이론에서는 중력의 영향도 고유 시간에 반영된다. 중력이 강한 곳에서는 시계가 느리게 가는 것으로 관찰되는데, 이는 해당 위치에서의 고유 시간이 중력이 약한 곳의 고유 시간과 다르게 흐르기 때문이다.
고유 시간의 개념은 GPS 위성의 시간 보정, 뮤온(muon)과 같은 불안정한 입자의 수명 연장 현상 등 다양한 물리 현상을 설명하고 예측하는 데 필수적으로 사용된다. 예를 들어, 지구 궤도를 도는 GPS 위성의 시계는 지구상의 시계에 비해 빠르게 흐르는데, 이는 위성의 빠른 속도(특수 상대론적 효과)와 약한 중력(일반 상대론적 효과)에 의해 고유 시간이 다르게 흐르기 때문이며, 이를 보정하지 않으면 GPS 시스템의 정밀도가 크게 떨어진다.