1．物理規(guī)律在所有慣性系中都具有相同的形式。
2．在所有的慣性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值C。
第一個(gè)叫做相對性原理。它是說：如果坐標(biāo)系K'相對于坐標(biāo)系K作勻速運(yùn)動而沒有轉(zhuǎn)動，則相對于這兩個(gè)坐標(biāo)系所做的任何物理實(shí)驗(yàn)，都不可能區(qū)分哪個(gè)是坐標(biāo)系K，哪個(gè)是坐標(biāo)系K′。
第二個(gè)原理叫光速不變原理，它是說光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依賴于發(fā)光物體的運(yùn)動速度。
從表面上看，光速不變似乎與相對性原理沖突。因?yàn)榘凑战?jīng)典力學(xué)速度的合成法則，對于K′和K這兩個(gè)做相對勻速運(yùn)動的坐標(biāo)系，光速應(yīng)該不一樣。愛因斯坦認(rèn)為，要承認(rèn)這兩個(gè)假設(shè)沒有抵觸，就必須重新分析時(shí)間與空間的物理概念。
經(jīng)典力學(xué)中的速度合成法則實(shí)際依賴于如下兩個(gè)假設(shè)：
1．兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與測量時(shí)間所用的鐘的運(yùn)動狀態(tài)沒有關(guān)系。
2．兩點(diǎn)的空間距離與測量距離所用的尺的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。
愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，如果承認(rèn)光速不變原理與相對性原理是相容的，那么這兩條假設(shè)都必須摒棄。這時(shí)，對一個(gè)鐘是同時(shí)發(fā)生的事件，對另一個(gè)鐘不一定是同時(shí)的，同時(shí)性有了相對性。在兩個(gè)有相對運(yùn)動的坐標(biāo)系中，測量兩個(gè)特定點(diǎn)之間的距離得到的數(shù)值不再相等，距離也有了相對性。
如果設(shè)K坐標(biāo)系中一個(gè)事件可以用三個(gè)空間坐標(biāo)x、y、z和一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)t來確定，而K′坐標(biāo)系中同一個(gè)事件由x′、y′、z′和t′來確定，則愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，x′、y′、z′和t′可以通過一組方程由x、y、z和t求出來。兩個(gè)坐標(biāo)系的相對運(yùn)動速度和光速c是方程的唯一參數(shù)。這個(gè)方程最早是由洛侖茲得到的，所以稱為洛侖茲變換。
利用洛侖茲變換很容易證明，鐘會因?yàn)檫\(yùn)動而變慢，尺在運(yùn)動時(shí)要比靜止時(shí)短，速度的相加滿足一個(gè)新的法則。相對性原理也被表達(dá)為一個(gè)明確的數(shù)學(xué)條件，即在洛侖茲變換下，空時(shí)變量x'、y'、z'、t'將代替空時(shí)變量x、y、z、t，而任何自然定律的表達(dá)式仍取與原來完全相同的形式。人們稱之為普遍的自然定律對于洛侖茲變換是協(xié)變的。這一點(diǎn)在探索普遍的自然定律方面具有非常重要的作用。
此外，在經(jīng)典物理學(xué)中，時(shí)間是絕對的。它一直充當(dāng)著不同于三個(gè)空間坐標(biāo)的獨(dú)立角色。愛因斯坦的相對論把時(shí)間與空間聯(lián)系起來了。認(rèn)為物理的現(xiàn)實(shí)世界是各個(gè)事件組成的，每個(gè)事件由四個(gè)數(shù)來描述。這四個(gè)數(shù)就是它的時(shí)空坐標(biāo)t和x、y、z，它們構(gòu)成一個(gè)四維的剛性連續(xù)時(shí)空，通常稱為明可夫基里平直時(shí)空。在相對論中，用四維方式來考察物理的現(xiàn)實(shí)世界是很自然的。狹義相對論導(dǎo)致的另一個(gè)重要的結(jié)果是關(guān)于質(zhì)量和能量的關(guān)系。在愛因斯坦以前，物理學(xué)家一直認(rèn)為質(zhì)量和能量是截然不同的，它們是分別守恒的量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，在相對論中質(zhì)量與能量密不可分，兩個(gè)守恒定律結(jié)合為一個(gè)定律。他給出了一個(gè)著名的質(zhì)量-能量公式：E=MC^2，其中c為光速。于是質(zhì)量可以看作是它的能量的量度。計(jì)算表明，微小的質(zhì)量蘊(yùn)涵著巨大的能量。在后來的核反應(yīng)試驗(yàn)中證明了這一點(diǎn)。
對愛因斯坦引入的這些全新的概念，大部分物理學(xué)家，其中包括相對論變換關(guān)系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之后才為廣大物理學(xué)家所熟悉，就連瑞典皇家科學(xué)院，1922年把諾貝爾獎金授予愛因斯坦時(shí)，也只是說“由于他對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)，更由于他發(fā)現(xiàn)了支配光電效應(yīng)的定律?！睂τ谙鄬φ撝蛔治刺?。
愛因斯坦于1915年進(jìn)一步建立起了廣義相對論。狹義相對性原理還僅限于兩個(gè)相對做勻速運(yùn)動的坐標(biāo)系，而在廣義相對論性原理中勻速運(yùn)動這個(gè)限制被取消了。他引入了一個(gè)等效原理，認(rèn)為不可能區(qū)分引力效應(yīng)和非勻速運(yùn)動，即任何加速和引力是等效的。他進(jìn)而分析了光線在靠近一個(gè)行星附近穿過時(shí)會受到引力而彎折的現(xiàn)象，認(rèn)為引力的概念本身完全不必要?？梢哉J(rèn)為行星的質(zhì)量使它附近的空間變成彎曲，光線走的是最短程線?；谶@些討論，愛因斯坦導(dǎo)出了一組方程，它們可以確定由物質(zhì)的存在而產(chǎn)生的彎曲空間幾何。利用這個(gè)方程，愛因斯坦計(jì)算了水星近日點(diǎn)的位移量，與實(shí)驗(yàn)觀測值完全一致，解決了一個(gè)長期解釋不了的困難問題，這使愛因斯坦激動不已。他在寫給埃倫菲斯特的信中這樣寫道：“方程給出了近日點(diǎn)的正確數(shù)值，你可以想象我有多高興！有好幾天，我高興得不知怎樣才好。”
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