19世紀末由于牛頓力學和（蘇格蘭數學家）麥克斯韋（1831~1879年）電磁理論趨于完善，一些物理學家認為“物理學的發(fā)展實際上已經結束”，但當人們運用伽利略變換解釋光的傳播等問題時，發(fā)現一系列尖銳矛盾，對經典時空觀產生疑問。愛因斯坦對這些問題，提出物理學中新的時空觀，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。（2）狹義相對性原理：是指物理學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）。該理論認為引力是由空間——時間彎曲的幾何效應（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量與慣性質量的等價性上。根據等效原理，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無關，只取決于時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。物質質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，造成引力作用效應。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的表現。雖然廣義相對論是愛因斯坦創(chuàng)立的，但是它的數學基礎的源頭可以追溯到歐氏幾何的公理和數個世紀以來為證明歐幾里德第五公設（即平行線永遠保持等距）所做的努力，這方面的努力在羅巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到達了頂點：他們指出歐氏第五公設是不能用前四條公設證明的。非歐幾何的一般數學理論是由高斯的學生黎曼發(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，人們都認為非歐幾何是無法應用到真實世界  光波從一個大質量物體表面出射頻率發(fā)生紅移中來的。