相對論和量子理論是近代物理的兩大理論支柱，同時現代高新技術的理論基礎。相對論是一個關於時間，空間和物質運動的理論，分為廣義相對論和狹義相對論。
在講相對論之前，必須要先了解伽利略變換和經典力學時空觀。眾所周知沒有絕對的靜止，我們之所以認為大地是靜止的，是因為我們將大地作為參考系。而宇宙中是沒有默認的參考系的，我們需要自己建立參考系，這就涉及到不同參考系的變換。假設參考系S1相對S的速度矢量為v(本文中粗體代表矢量)，一個物體在S1中運動速度矢量為v1,那麼，這個物體在S中的速度矢量就是v+v1,注意這是矢量和，不是簡單的加法運算。
在19世紀，人們認為這種變換可以應用於世間萬物，包括光，由此有人提出了以太理論，認為宇宙中存在絕對靜止的一種參考系—以太，並且光需要通過以太作為介質傳播(注意以太理論認為以太絕對靜止，如果看到有人說以太是運動的，那麼可以斷定是偽科普)。後來，著名的邁克耳孫—莫雷實驗以極高的精度(精度達到(u/c)級)。按照伽利略變換，由於地球的公轉，所以光在垂直方向和水平方向的速度必然不相等。由於實驗原理複雜，不展開細說，只說結果。在緩慢轉動邁克耳孫幹涉儀，理應產生幹涉條紋移動，然而實驗中幹涉條紋紋絲未動。且根據誤差計算，幹涉條紋需移動▲N≈0.37，而實際不到0.01(其實就是沒有移動，為了準確才說不到0.01)。有人可能會說地球公轉＋自轉影響結果，但實驗持續時間很短，可以近似將地球看成慣性系。在後來，大量科學家重複了這個實驗，都未發現幹涉條紋偏移，以太理論不攻自破，而唯一可以解釋的，目前只有相對論。
愛因斯坦認為，所有慣性系都是平權的，不存在所謂的最優(絕對靜止)參考系，並且所有參考系中的物理規律都是一樣的，這就意味著無論你是坐著飛船還是坐在地上，看到的光速都是一樣的，光不符合伽利略變換。他把這些歸納為兩大原理：相對性原理和光速不變原理。這就是狹義相對論的基礎。
其實早在洛倫茲研究電磁場時，就已經提出了洛倫茲變換，這個變換恰好可以解釋光速不變原理。這是否暗示了光和電的本質是相同的呢？目前還說不準。
狹義相對論的時空觀包括：同時的相對性，長度的相對性，時間間隔的相對性以及因果關係。通俗地講：1.你看到同時發生的事情，別人看到可能是先後發生。2.在不同參考系下測量同一個物體長度可能是不同的。3.同時出生，但處於不同參考系的人，可能年齡不同。4.有因果關係的事情發生的時序不會顛倒。當然以上現象都需要在高速運動時才能有所展現。
相對論中最難懂的是動力學。它把力定義為動量對時間的函數的導數，F=dp/dt,如果把這個新定義帶入牛頓力學的功能關係式：d(Ek)=F·ds=F·udt，F=d(mu)/dt，可以得到mc=Ek+m0c，愛因斯坦將m0c定義為靜能，總能量E為動能和靜能之和，就得到了質能方程：E=mc，它說明一定的質量就代表一定的能量，這個原理被應用到原子彈製造中，即原子核放出的能量與元素種類無關，只和損失的質量有關。
雖然相對論還未得到有力的證明，但是它的原理以及被廣泛應用到生活中，它可以堪稱是人類目前為止最偉大的理論。