就在毕加索《阿维尼翁少女》面世之后的一年，闵可夫斯基提出四维时空理论，其核心就是在此前的三维空间中加了时间作为第四维度，这一理论成了爱因斯坦相对论的数学基础。被后人称为立体主义画派领袖的诗人阿波利奈尔在1908年巴黎秋季沙龙开幕式上发表关于第四维和现代艺术的演说，在他眼里，第四维并不是一个数学概念，而是一个隐喻，它包含着新美学的种子。阿波利奈尔把立体主义与科学革命相提并论，在这种四维艺术中，立体主义用一个无限的宇宙取代了一个以人为中心的有限宇宙。而毕加索留下的文字中很难找到成系统的时空观，虽然他半个世纪的艺术创作生涯始终在不断探索新的绘画风格，但他却很少解释自己的画作。他曾经说：“每个人都试图了解艺术。但是为什么不去了解鸟叫呢？为什么人不必去了解就会热爱花朵、夜晚或者埃菲尔铁塔四周的一切？而如果是一幅画，人们就非得了解不可……试着了解画家通常是白费心思。我们创造立体主义时，根本就无意创造什么立体主义。我们只想表现我们心里所想的，并没有制定过一个运动的计划。”
1909年2月20日，意大利诗人马里内蒂（Filippo Marinetti）在法国《费加罗报》上发表了《未来主义宣言》，他认为当时的社会一直在迷恋以往的东西，只有取消过去，人们才可能生活在现在，发现现在的美。因此他打算摧毁过去，反对传统。未来主义诞生了。
未来主义画家认为20世纪的工业、科技、交通的飞速发展使客观世界发生了根本变化，机器及技术产生的速度和力量成了新时代的特征，他们想通过描绘运动把尚未发生的事件表现在静止的画布上。“我们认为世界的光芒通过全新的美来加速。飞驰的汽车比女神雕塑更美。我们站在历史的最前沿，为什么要向后看？时间和空间昨天已经死去了，在崭新的绝对世界里，我们创造了永恒的速度。”《未来主义宣言》中这段充满诗情的文字完全能够充当爱因斯坦狭义相对论论文的小结。未来主义画家们找到了自己的方式，他们将连续发生的运动用一系列冻结的时刻展现在同一画布上，这些瞬间时刻叠印在一起便使整幅作品得到加速的效果。
自文艺复兴以来，西方思想家始终认为思想必定按照时间顺序连续进行。而爱因斯坦的相对论打乱了时间顺序，在处于相对运动状态下的不同参考系内，不再存在事件的准确先后顺序。然而爱因斯坦提出的光速概念使不同参考系回到静止的时间状态，没有了时间也就不存在顺序，时空中的一切在光速下都是同时性的。因此与立体主义一样，未来主义也将画面表现主要集中在同时性上。不同的是，立体主义将一个物体在不同角度的不同面在同一个平面上表现出来，而未来主义则是将一个物体在不同时间段的形象在同一个平面表现出来。概括地说，立体主义是对多个空间的同时观看，未来主义是对多个时间的同时观看。正如《未来主义宣言》中所说的那样，画布上展现的是不断变化运动着的物体，人们可以看到过去、现在和未来。
杜尚（Marcel Duchamp）并不是一名未来主义画家，虽然艺术史将他归为达达主义，但他涉及的艺术风格非常多，很难将他界定为一个单一画派。杜尚早期深受立体主义和未来主义影响，《下楼梯的裸女（作品二号）》就完全展现出未来主义对时空的阐释。1912年杜尚完成这幅作品时，他并未看到其他未来主义画家的作品。而当杜尚拿着这幅作品参加立体主义联展时，阿波利奈尔认为《下楼梯的裸女》未来主义味道太浓，不宜同毕加索、布拉克的作品放在一起，但他当场并没说什么。杜尚下午监督着自己的画被挂好，晚上却被叫醒得知自己的画不合群要被撤展。夜里从美术馆取回画，杜尚将包好的作品放进出租车里，发誓这辈子再也不和这帮画家打交道。同样，未来主义画家因为反对裸体形象也不接受《下楼梯的裸女》。杜尚为自己争辩说：“我就是通过运动的抽象表现时间和空间。”这句话成了对这幅作品最好的解析：“抽象”和“空间”是立体主义的特点，而“运动”和“时间”是未来主义的特点。
与未来主义风格不同的是，杜尚在处理人物时使用了立体主义的抽象手法。《下楼梯的裸女》中的女性形象是完全抽象的，甚至有着金属般的锐角。下楼梯的腿不是两条，而是无数条。不停运动的腿、速度和力量充满了整幅画面。线条眼花缭乱，就像是一个正在奔跑下楼的人，但整个场景又有着时空的凝滞。如果说立体主义通过把整体打碎再拼接起来表现空间的同时性，那杜尚则把时间间隔压缩在同一时刻来表现时间的同时性。
