Zunächst werden damit die drei Raumdimensionen genannt. Durch ein Koordinatensystem mit drei Angaben kann man die Position eines Objektes in dem Raum eindeutig bestimmen. Der Raum ist dreidimensional.

Auch die Zeit wird als Dimension genannt, die Zeitdimension. In der Relativitätstheorie werden die drei Dimensionen des Raumes mit der der Zeit zu einer vierdimensionalen Raumzeit vereinigt. Zur Positionsbestimmung in der Raumzeit ist daher neben den drei Raumkoordinaten noch die Angabe eines Zeitpunktes nötig, insgesamt also vier Größen.

Schließlich kann man unter Dimension auch den Freiheitsgrad einer räumlichen, ab und zu auch zeitlichen, Bewegung oder sogar eines Systems verstehen. Die Bewegung eines Punktes auf einem Reifen ist eindimensional. Es ist ca. eine Angabe – z. B. der Winkel – nötig, um die aktuelle Position zu bestimmen.

Rechnerisch kann man die Achsen eines jeden Koordinatensystems als Dimension nennen. Ein Beispiel ist der Phasenraum der Quantenmechanik, im drei Raumdimensionen und drei Impulsangaben zu einem sechsdimensionalen Gebilde verschmelzen.

Ein Physiker spricht auch von Dimension in dem Sinne einer messbaren Merkmal. Um dieses Merkmal vergleichbar zu machen, ist eine Maßeinheit notwendig. Hierbei muss man zwischen der Einheit und der Dimension einer Größe unterscheiden.

Die Dimension des Wegs s ist die Länge L. Andere Beispiele für grundlegende Dimensionen sind die Masse M, die Zeit T oder die Temperatur θ. Jeder dieser Dimensionen ist in dem internationalen SI-Einheitensystem eine Einheit zugeordnet (z.B. die Sekunde s der Zeit T). Größen ohne Einheit (z.B. Winkel) werden auch als dimensionslos genannt.

Die Dimension von abgeleiteten Größen kann man durch algebraische Kombination der Grundgrößen erhalten. So ist die Dimension der Geschwindigkeit=Weg pro Zeit (v=s/t) also Länge pro Zeiteinheit (L/T), die der Beschleunigung=Geschwindigkeitsänderung pro Zeit entsprechend Länge pro Zeiteinheit zu dem Quadrat (L/T²).

Eine Dimension kann in verschiedenen Einheiten gemessen werden, die Dimension Länge zu dem Beispiel in Meilen, Kilometer, Meter, Zoll oder sogar Ångström. Dabei existiert stets eine feste lineare Relation zwischen den verschiedenen Einheiten einer Dimension.

Eine Umrechnung von Einheiten verschiedener Dimensionen ist dagegen sinnlos, etwa die Frage "wie vielen Kilogramm entspricht ein Zoll?". Eine Verknüpfung zwischen verschiedenen Dimensionen kann durch eine physikalische Formel hergestellt werden, ist aber ohne weitere Angaben häufig unsinnig. In dem obigen Beispiel taucht in dieser Formel eine Größe Masse/Länge auf.

In jeder physikalischen Rechnung kann und sollte man überprüfen, ob die berechneten Größen die richtige Dimension haben. Links und rechts von Gleichheitszeichen muss stets dieselbe Dimension stehen. Darüberhinaus müssen zwei mit Plus- oder Minuszeichen verknüpfte Ausdrücke immer in ihrer Dimension übereinstimmen.

Die Dimensionsanalyse liefert daneben auch Anhaltspunkte über die mögliche Form eines gesuchten physikalischen Gesetzes. Die Ähnlichkeitskriterien der Hydrodynamik sind hier ein wichtiges Beispiel.

Siehe auch: Physikalische Größen und ihre Einheiten