相對論
相對論是關於時空和引力的理論，主要由愛因斯坦創立，依其研究對象的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化，它們共同奠定了近代物理學的基礎。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念，提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。不過近年來，人們對於物理理論的分類有了一種新的認識——以其理論是否是決定論的來劃分經典與非經典的物理學，即「非經典的＝量子的」。在這個意義下，相對論仍然是一種經典的理論。
E = mc2
愛因斯坦在他1905年的論文《論動體的電動力學》中介紹了其狹義相對論狹義相對論建立在如下的兩個基本公設上：
- 狹義相對性原理（狹義協變性原理）：一切的慣性參考系都是平權的，即物理規律的形式在任何的慣性參考系中是相同的。這意味著物理規律對於一位靜止在實驗室里的觀察者和一個相對於實驗室高速勻速運動著的電子是相同的。
- 光速不變原理：真空中的光速在任何參考系下是恆定不變的,這用幾何語言可以表為光子在時空中的世界線總是類光的。也正是由於光子有這樣的實驗性質，在國際單位制中使用了「光在真空中1/299,792,458秒內所走過的距離」來定義長度單位「米」（公尺）。
在狹義相對論提出以前，人們認為時間和空間是各自獨立的絕對的存在。而愛因斯坦的相對論首次提出了時空的概念，它認為時間和空間各自都不是絕對的，而絕對的是一個它們的整體——時空，在時空中運動的觀者可以建立「自己的」參照系，可以定義「自己的」時間和空間（即對四維時空做「3＋1分解」），而不同的觀者所定義的時間和空間可以是不同的。具體的來說，在閔氏時空中，而如果一個慣性觀者（G）相對於另一個慣性觀者（G'）在做勻速運動，則他們所定義的時間（t與t'）和空間({x,y,z}與{x',y',z'})之間滿足洛侖茲變換。而在這一變換關係下就可以推導出「尺縮」、「鐘慢」等效應，具體見狹義相對論詞條。
在愛因斯坦以前，人們廣泛的關注於麥克斯韋方程組在伽利略變換下不協變的問題，也有人注意到過愛因斯坦提出狹義相對論所基於的實驗（如光程差實驗等），也有人推導出過與愛因斯坦類似的數學表達式（如洛侖茲變換），但只有愛因斯坦將這些因素與經典物理的時空觀結合起來提出了狹義相對論，並極大的改變了我們的時空觀。在這一點上，狹義相對論是革命性的。
在本質上，所有的物理學問題都涉及採用什麼時空觀的問題。在二十世紀以前的古典物理學裡，人們採用的是牛頓的絕對時空觀。而相對論的提出改變了這種時空觀，這就導致人們必須依相對論的要求對古典物理學的公式進行改寫，以使其具有相對論所要求的洛侖茲協變性而不是以往的伽利略協變性。在古典理論物理的三大領域中，電動力學本身就是洛侖茲協變的，無需改寫；統計力學有一定的特殊性，但這一特殊性並不帶來很多急需解決的原則上的困難；而古典力學的大部分都可以成功的改寫為相對論形式，以使其可以用來更好的描述高速運動下的物體，但是唯獨牛頓的引力理論無法在狹義相對論的框架體系下改寫，這直接導致愛因斯坦擴展其狹義相對論，而得到了廣義相對論。
愛因斯坦在1915年左右發表的一系列論文中給出了廣義相對論最初的形式。他首先注意到了被稱之為（弱）等效原理的實驗事實：引力質量與慣性質量是相等的（目前實驗證實,在10 − 12的精確度範圍內,仍沒有看到引力質量與慣性質量的差別）。這一事實也可以理解為，當除了引力之外不受其他力時，所有質量足夠小（即其本身的質量對引力場的影響可以忽略）的測驗物體在同一引力場中以同樣的方式運動。既然如此，則不妨認為引力其實並不是一種「力」，而是一種時空效應，即物體的質量（準確的說應當為非零的能動張量）能夠產生時空的彎曲，引力源對於測驗物體的引力正是這種時空彎曲所造成的一種幾何效應。這時，所有的測驗物體就在這個彎曲的時空中做慣性運動，其運動軌跡正是該彎曲時空的測地線，它們都遵守測地線方程。正是在這樣的思路下，愛因斯坦得到了其廣義相對論。
系統的說，廣義相對論包括如下幾條基本假設。：
- 廣義相對性原理（廣義協變性原理）：任何物理規律都應該用與參考系無關的物理量表示出來。用幾何語言描述即為，任何在物理規律中出現的時空量都應當為該時空的度規或者由其導出的物理量。
- 愛因斯坦場方程詳見廣義相對論詞條：它具體表達了時空中的物質（能動張量）對於時空幾何（曲率張量的函數）的影響，其中對應能動張量的要求（其梯度為零）則包含了上面關於在其中做慣性運動的物體的運動方程的內容。
