狭义相对论研究的是不同惯性参照系（可简单认为是做匀速直线运动或者静止的参照系）之间的时空关系。与把时间和空间分开的牛顿绝对时空观不同的是，狭义相对论把时间和空间统一成时空，时间和空间在不同惯性参照系中不再是绝对的，而是与惯性参照系有关。

    这一理论成立的前提有两个：（1）相对性原理——对于任何惯性参照系而言，物理定律都是平权的；（2）光速不变原理——对于任何惯性参照系而言，真空中的光速（c）保持相同，例如，汽车以一个恒定的速度v相对于地面运动，如果这辆汽车向前发射出一束光，则这束光相对于地面的速度仍然是c，而不会是c+v。

    基于这样的前提，狭义相对论推导出了诸多结论，其中最为著名的两大结论包括：质能方程E=mc^2——这是核反应能够释放出巨大能量的原因；时间膨胀效应——运动惯性参照系的时间流逝速率慢于静止惯性参照系，在GPS卫星时钟和地面时钟进行同步时需要用到这一效应。

    另一方面，广义相对论其实是一种引力理论，比牛顿的万有引力定律具有更广的适用范围。根据广义相对论，拥有质量的物体会弯曲周围的时空，使得在其中运动的物体存在着相互接近的趋势，这就是物体之间产生引力的本质。在弱引力场的情况下，广义相对论近似等同于万有引力定律。但在强引力场的情况下，只能使用广义相对论，万有引力定律不再适用。基于此，广义相对论也推导出了诸多结论，例如，引力红移、引力时间膨胀效应、引力透镜效应以及引力波，这些结论均已经得到确切证实。