光的速度相對於任何參照系都是恆定且相同的，這是狹義相對論的兩大理論基礎之一，它又稱為光速不變原理。至於如何理解光速不變原理，可以通過一個簡單的例子來了解一下。
在一列以速度v相對於地面勻速行駛的火車上，火車的前照燈向前發射出一道光，這道光相對於火車的速度為c。假設有甲、乙、丙三名觀測者，其中甲坐在火車上相對於火車靜止，乙在火車上朝著火車前進的方向以速度u勻速運動，丙站在地面上相對於地面靜止。那麼，甲測得光相對於他的運動速度為c，乙測得的光速不是c-u而仍然是c，丙測得的光速不是c+v而仍然是c。
因此，無論觀測者具有怎樣的運動狀態，他們測得光相對於他們的運動速度都是保持恆定的c。換句話說，光速與任何大小的速度疊加之後既不會大於光速也不會小於光速，而是仍然等於光速。
光速不變的現象最早被麥可遜-莫雷的光幹涉實驗所證實。最初，麥可遜和莫雷兩位物理學家想要通過實驗來測量兩束沿著不同方向的光所具有的速度差。他們讓一束光與地球公轉方向保持一致，讓另一束光垂直於該方向。但實驗結果表明，兩束不同方向的光具有完全相等的速度，這表明光速的大小與參照系的選擇無關。
而在更早之前，麥克斯韋已經初見端倪，他從電磁場方程組中推導出了一個只有常數的光速公式。
愛因斯坦把這種現象認定為宇宙的基本原理，再結合相對性原理，他創立了狹義相對論。在狹義相對論看來，光速是絕對的，而時間和空間才是相對的。這種與經典物理學剛好相反的世界觀帶來了革命性的變化，著名的時間膨脹效應就是源自於此。