光速不變原理：真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。光速不變原理，在狹義相對論中，指的是無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。
光速不變原理是由聯立求解麥克斯韋方程組得到的，並為麥可遜—莫雷實驗所證實。光速不變原理是愛因斯坦創立狹義相對論的基本出發點之一。
在廣義相對論中，由於所謂慣性參照系不再存在，愛因斯坦引入了廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。這也使得光速不變原理可以應用到所有參考系中。
誕生愛因斯坦1905年9月發表在德國《物理學年鑑》上的那篇著名的相對論論文《論動體的電動力學》，提到光速問題的話有四段：
「光在空虛空間裡總是以一確定的速度V傳播著，這速度同發射體的運動狀態無關。」
「下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的，這兩條原理我們定義如下：
1. 物理體系的狀態據以變化的定律，同描述這些狀態變化時所參照的坐標系究竟是兩個在互相勻速平行移動著的坐標系中的哪一個並無關係。
2. 任何光線在『靜止的』坐標系中都是以確定的速度V運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。」
「對於大於光速的速度，我們的討論就變得毫無疑義了；在以後的討論中，我們會發現，光速在我們的物理理論中扮演著無限大速度的角色。」
「由此，當υ=V時,W就變成無限大。正像我們以前的結果一樣，超光速的速度沒有存在的可能。」
（《愛因斯坦奇蹟年━━改變物理學面貌的五篇論文》[美] 約翰·施塔赫爾主編，範岱年、許良英譯，上海科技教育出版社2001年版 第97━98頁，第100━101頁，第109頁，第127頁。）
推導過程光速不變第四解為質速解，此解從質速關係得來。愛因斯坦質速關係式：
m=m0/√1-υ2/c2(m為運動質量,m0為靜止質量，υ為物體運動速度,c為光速）說明：物體以遠低於光速的速度（人體尺度下）運動時，質量變化不明顯，增加的質量忽略不計，可認為質量不變，以經典力學規律足可以應付計算需要。但接近光速運動時，物體質量增加較多，隨著向光速的靠近，質量趨向無限大。大小兩極相通，質量無限大因兩極同一又為無限小，質量無限小可視為零，因此光子無靜止質量。光作為極限物，大小同一，動靜也同一，無靜止質量即為無運動質量。從質速關係式也可得m0=0時,m=0,υ=c時，此公式不成立。有人認為沒有質量怎會有能量？須知電磁場為能量場，光量子又是能量子，因光子無質量，任一能量值在與質量對比時都為無限大，因無質量，運動中也不消耗能量，除傳遞能量給其它物體外，光子能量足以保持其速度不變。
光子無質量為知性所不容，人們到處尋找有質量的根據。有人認為光有光壓為有質量表現，但不知光壓乃光電效應表現，是光量子、光能轉化為電能的表現。也有人引愛因斯坦質能公式：E=mc^2(E為能量,m為慣性質量,c為光速），認為有質量才有能量，這就和前述質速公式衝突，這種衝突說明光作為極限物，獨立於兩式之外。我們根據另一能量公式：E=hν(E為能量、n為普朗克常數、ν為光頻率）可計算出一定頻率光之光子能量，使m=hν/c2推導光子潛質量。注意，這裡指的是一定能量必對應一定質量，但對光子而言這只是其潛在質量而非實在質量，這就是實驗中找不到有質量的光子的原因，潛在質量只說明可以轉變為多少質量。如按經典力學觀點非認定光有質量，電磁場有質量，真空作為光量子場就要表現出巨大質量，一切有光的場所也會有沉重的質量壓力，含有電磁場的粒子質量都需加倍，引力定律還會使真空形變。推理繼續，光越強，質量越大，引力越大，恆星都變成了黑洞，豈不荒謬！電磁場為能量場，引力場為質量場，二者進一步同一才將潛在的質能關係揚棄為真實關係，這卻不是本篇所論之題。還有人以光線在引力場中彎曲來證光有質量，有質量的東西才受引力吸引。我們知道，能量為斥力，不受引力作用影響，至於為何會彎曲，以後自會了解。電磁場有能量而無質量，引力場有質量而無能量，實物處二者間而兼有之，我們需再走一段才能真正了解它們。
光速不變的第五解為時空解，時空解源自愛因斯坦相對論。相對論告訴我們，物體高速運動時會發生「尺短鍾慢」的現象，這種現象在低速運動中變化極小，可按牛頓力學定律視其無變化，但在高速中變化明顯。如沿運動方向取1米的標尺，以地球時間1秒計算，每秒速度在3萬公裡時,1米為0.995米,1秒為1.01秒；在15萬公裡時,1米為0.866米,1秒為1.15秒；在29.7萬公裡時,1米為0.141米,1秒為7.1秒；在29.99萬公裡時,1米為0.02米,1秒為50秒。當物體運動速度達到光速時，物體沿空間方向的尺度會縮短為零，時間會慢到停止。
「尺短鍾慢」效應說明空間和時間是隨物質運動速度的變化而變化的，它適用於一切物質，包括光。光速下，時鐘停擺，零時間意味著光在傳播過程中不消耗時間。空間是物質的延展性，時間是物質變化的連續性或延展性。沒有時間就意味著物質靜止不變，保持原狀，所以光速不變。零時空雖是合理推論，是自然現象、自然法則，也為知性形上學所不容。更有一部分人認為運動是絕對的，靜止時相對的，不但把運動與靜止相割裂和對立，且把本應一併使用的對應範疇——相對與絕對分贈不同事物，在形上學中也淪落到低層次。
辯證法認為有無同一。零時空並不意味著真的一無所有，而是說我們無法測量這時空。無數光量子溶為一體，共同構成大統一場，不分彼此，此光即彼光，因為你無法分離出單個的光量子，你也就無法給定某個量子以特定的空間和時間。這一現象與經濟學中全民所有疑難類同：生產資料歸全體人民所有，每個人都擁有生產資料，這只是象徵性的；每個人又不擁有生產資料，這是實際性的，無法確定哪些生產資料是某個人的，結果無產階級仍是無產階級。世風日下情況下，私心膨脹，就變成你的也是我的，不拿白不拿，大家都拿，拿大家的。
人類生活領域比起這宇宙來，渺如塵沙，不值一提。人長期生存於人體尺度領域中，其生活經驗及認識局限於此，這個世界的兩極——極大和極小都在我們世界之外。如果不是近代人類面臨生存危機，迫使我們跨入兩極神秘之域，尋求新的生存空間，我們將永不能理解老子及黑格爾的辯證思想。
證明原理光速不變原理：無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，都為299792.458公裡/秒。
事實證明光速不變的四項事實。
1) 恆星光行差。
2) 恆星都是一個一個的小圓點。
3) 恆星都靜止。
4) 太陽光麥可遜——莫雷實驗。
證明方法任意恆星光行差都長期保持不變，證明：光行差不隨時間變化，所以光速也不隨時間變化。所有恆星的光行差都為20.5″角距，證明：所有恆星的光速都相同。
《系統分析恆星光行差》中已經詳細論證了「光速不變」，所以不再重複。
恆星都是一個一個的小圓點，證明：任意一個恆星的所有的光線的光速都相同，即沒有不同光速的光線。
因為沒有任何光速『變化』的現象，所以只有採用『反證法』。
設：某恆星發來兩種光速的光線；光速為c的光線，用c表示；光速為C的光線，用C表示；光速c>C
因為c和C都是連續的，所以觀測者能夠同時接收到c和C；但觀測者同時接收到的c和C,必然不是同時從恆星發出的。
因此設：c發出的時刻為零；C發出的時刻為t；恆星零時刻的位置為A；t時刻的位置為B；因恆星周日視運動角速度ω=15.0411″/秒，所以A、B之間的角距φ=ωt
再設：φ=10′（太陽直徑的1/3)；恆星距離L=30光年。
則：t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40（秒）
c傳播的時間T1=L/c=30（年）≈86400×365=946080000（秒）
C傳播的時間T2=L/C
據題意知：T2=T1+t=L/c+t=946080000+40=946080040（秒）
所以：C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987（公裡/秒）
即：如果φ=10′，則c－C=300000－299999.987=0.013（公裡/秒）=13（米/秒）
也就是說：如果兩條光線的光速差為13米/秒，則這顆距離為30光年的恆星，就同時在角距為10′的A和B兩個位置上。
光速連續比間斷變化的可能性大得多，如果恆星光速是在C和c的範圍內連續變化的，則看起來，該恆星應該是：長度為10′角距的線段。
因為從未看到過：恆星具有多個位置和任何拉長的現象，所以結論正確。
恆星都靜止，證明：所有恆星的光速都不隨時間變化，都始終恆為常數c不變。這是因為如果光速不斷變化，則看起來恆星必然是運動的。證明方法與上述類似，不再重複。
太陽光麥可遜——莫雷實驗證明：太陽光的光速不變。
麥可遜——莫雷實驗的依據是：光速=波長×頻率
光波長和頻率都是根據光幹涉條紋確定的。根據『楊氏雙縫幹涉實驗』幹涉條紋之間的間距，能夠獨立推算出『光波長』，自然可確定『光頻率』。
這樣推算確定的光波長和頻率的乘積為常數，即不同顏色光的波長和頻率的乘積相等；而且乘積數值等於檢測的『光速值』；從而充分證明：『光速=波長×頻率』成立。
麥可遜和莫雷通過長期多次分別檢測，來自不同方向的陽光的光速，充分證明：陽光的光速不變。