據說伽利略當年在比薩斜塔做一實驗，質量不同兩鐵球，做自由落體運動，不考慮空氣阻力，它們是同時落地的。
鐵球受到地球的引力作用，愛因斯坦認為，地球對鐵球的作用不是直接超距的，是地球周圍產生一引力場，引力場作用於鐵球，引起鐵球的下落運動。
質量不同兩鐵球同時落地，表明在引力場中，物體獲得的加速度與其質量無關。
根據牛頓第二定律和萬有引力，愛因斯坦發現一個原理：慣性質量等於引力質量。慣性質量，是指物體平動時慣性大小的量度。引力質量，是指物體產生和接受引力的量度。這個原理被愛因斯坦稱為等效原理。它表明加速度等效於引力場。
這樣一切參考系，都可分解為引力場中的慣性系，物理定律在一切參考系中保持不變，建立起了廣義相對性原理。
狹義相對論中，沒有考慮引力存在，時空是平直的。
愛因斯坦覺得，引力存在的時空應該是彎曲的。由於引力的來源是質量，故質量存在將會造成時空彎曲，反過來，彎曲的時空又會影響質量的運動。所以愛因斯坦覺得，廣義相對論基本方程應有兩個，一個描述質量如何使時空彎曲，另一個描述彎曲時空中質量如何運動。
相對論專家惠勒曾風趣地把廣義相對論概括為：物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。
這兩個方程，就是著名的愛因斯坦場方程和運動方程，是複雜的非線性偏微分方程。而運動方程能夠由場方程導出，所以廣義相對論的核心方程只有一個：愛因斯坦場方程。
廣義相對論表明時空是彎曲的，引力越強的地方，時空彎曲得越厲害。