Ei ole olemassa “suhteellisuusteoriaa” – vain kaksi teoriaa, jotka molemmat kuuluvat toisinaan samaan nimittäjään – erikoisuhteellisuusteoria ja yleinen suhteellisuusteoria. Molemmat ovat kuuluisan fyysikon Albert Einsteinin kehittämiä vuosien 1905 ja 1915 välillä. Molemmat teoriat vahvistivat Newtonin klassista mekaniikkaa, joka oli säilynyt vuosisatoja aiemmin.
Erityinen suhteellisuusteoria on avaruusajan rakenteen teoria, joka väittää, että 1) fysiikan lait ovat samat kaikille havainnoitsijoille, jotka ovat tasaisesti liikkeessä toistensa suhteen ja 2) valon nopeus tyhjiössä on sama kaikki tarkkailijat riippumatta niiden liikkeestä valonlähteen liikkeessä. Tämä johtaa kummallisiin seurauksiin. Kuvittele esimerkiksi, että siirryt junalla, joka kulkee 100 mph, toisen samaan suuntaan kulkevan junan vieressä 100 mph. Sinun näkökulmastasi vieressä oleva juna näyttää lähes pysähtyneeltä. Mutta kuvittele olevasi valon nopeudella liikkuvassa junassa valonsäteen vieressä. Sen sijaan, että valonsäde näyttäisi pysyvän paikallaan, se liikkuu edessänne valon nopeudella. Valo on kummallista tällä tavalla.
Monet suhteellisuusteorian seurauksista ovat seuraavat: 1) ajan laajeneminen (valon nopeuden lähellä liikkuvat kellot toimivat hitaammin kuin paikallaan olevat kellot), 2) pituuden supistuminen (valon nopeuden lähellä liikkuvat esineet näyttävät supistuvan liikesuunta), 3) samanaikaisuuden suhteellisuusteoria (asiat, jotka näyttävät tapahtuvan samanaikaisesti paikallaan olevalle tarkkailijalle A voivat näyttää tapahtuvan eri aikoina liikkuvalle tarkkailijalle B), 4) massa-energia-ekvivalentti (massa ja energia ovat olennaisesti sama asia ja muutettavissa toisiksi).
Yleinen suhteellisuusteoria, joka syntyi muutama vuosi erityisen suhteellisuusteorian jälkeen, on teoria siitä, miten painovoima toimii. Se perustui aluksi vastaavuusperiaatteeseen, ajatukseen, että kiihtyvyys ja paikallaan pysyminen tietyn voimakkuuden painovoimakentässä ovat fyysisesti identtisiä. Koska inertiavaikutusten luomiseksi kiihtyvään kohteeseen ei tarvita erityistä voimaa, Einstein ehdotti, että meidän pitäisi ajatella samalla tavalla painovoimasta luopumalla klassisesta gravitaatiovoiman käsityksestä ja sen sijaan kuvitella painovoima kaarena avaruusajassa. Tämä selittää ilmiöt, kuten miksi valo taipuu painovoimakentän läsnä ollessa, vaikka siitä puuttuu massa.
Yleinen suhteellisuusteoria tarjoaa selityksiä ja ennusteita, jotka olisivat tuntuneet naurettavilta klassisen mekaniikan maailmankatsomuksessa. Lukuun ottamatta valon taipumista gravitaatiokentän läsnäollessa, se ennustaa, että aika kuluu hitaammin painovoimakentän läsnä ollessa, planeettojen kiertoradat edeltävät (muuttuvat) auringon painovoimakentän aiheuttaman vääntömomentin vuoksi, kehys vetää, jolloin massiivinen pyörivät kappaleet ”vetävät” ympäröivän avaruusajan inertiakehyksen ympärilleen ja että maailmankaikkeus laajenee, joissakin tapauksissa valon nopeutta nopeammin, koska itse avaruus laajenee, ei esineet sen sisällä.
Näiden teorioiden vaikutusten selvittäminen kesti vuosikymmeniä ja jatkuu edelleen. Einsteinin teoriat olivat niin tulevaisuuteen suuntautuneita, että niiden testaaminen ja vahvistaminen suurella tarkkuudella kesti vuosikymmeniä. Jälkeenpäin ajateltuna Einsteinin ajatukset vahvistettiin lähes täysin.