19世紀(jì)末由于牛頓力學(xué)和（蘇格蘭數(shù)學(xué)家）麥克斯韋（1831~1879年）電磁理論趨于完善，一些物理學(xué)家認(rèn)為“物理學(xué)的發(fā)展實際上已經(jīng)結(jié)束”，但當(dāng)人們運用伽利略變換解釋光的傳播等問題時，發(fā)現(xiàn)一系列尖銳矛盾，對經(jīng)典時空觀產(chǎn)生疑問。愛因斯坦對這些問題，提出物理學(xué)中新的時空觀，建立了可與光速相比擬的高速運動物體的規(guī)律，創(chuàng)立相對論。 狹義相對論提出兩條基本原理。（1）光速不變原理：即在任何慣性系中，真空中光速c都相同，為299,792,458m/s，與光源及觀察者的運動狀況無關(guān)。（2）狹義相對性原理：是指物理學(xué)的基本定律乃至自然規(guī)律，對所有慣性參考系來說都相同。
愛因斯坦的第二種相對性理論（1916年）。該理論認(rèn)為引力是由空間——時間彎曲的幾何效應(yīng)（也就是，不僅考慮空間中的點之間，而是考慮在空間和時間中的點之間距離的幾何）的畸變引起的，因而引力場影響時間和距離的測量。
愛因斯坦提出“等效原理”，即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等價性上。根據(jù)等效原理，愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身固有性質(zhì)無關(guān)，只取決于時空局域幾何性質(zhì)。而引力正是時空局域幾何性質(zhì)的表現(xiàn)。物質(zhì)質(zhì)量的存在會造成時空的彎曲，在彎曲的時空中，物體仍然順著最短距離進(jìn)行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動)，如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動，實際是繞著太陽轉(zhuǎn)，造成引力作用效應(yīng)。正如在彎曲的地球表面上，如果以直線運動，實際是繞著地球表面的大圓走。

引力是時空局域幾何性質(zhì)的表現(xiàn)。雖然廣義相對論是愛因斯坦創(chuàng)立的，但是它的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的源頭可以追溯到歐氏幾何的公理和數(shù)個世紀(jì)以來為證明歐幾里德第五公設(shè)（即平行線永遠(yuǎn)保持等距）所做的努力，這方面的努力在羅巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到達(dá)了頂點：他們指出歐氏第五公設(shè)是不能用前四條公設(shè)證明的。非歐幾何的一般數(shù)學(xué)理論是由高斯的學(xué)生黎曼發(fā)展出來的。所以也稱為黎曼幾何或曲面幾何，在愛因斯坦發(fā)展出廣義相對論之前，人們都認(rèn)為非歐幾何是無法應(yīng)用到真實世界  光波從一個大質(zhì)量物體表面出射頻率發(fā)生紅移中來的。