แนวคิดในวิชาฟิสิกส์ที่ว่า ผลของการวัดค่าของปริมาณทางกายภาพต่าง ๆ อาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นกับสภาพการเคลื่อนที่ของผู้สังเกต ในวิชาฟิสิกส์ยุคเก่า  เชื่อกันว่าผู้สังเกตทุกคนไม่ว่าจะอยู่ที่ใดในเอกภพจะวัดระยะทางและช่วงเวลาได้ค่าเหมือนกัน อย่างไรก็ดี ทฤษฎีสัมพัทธภาพบอกว่าความเชื่อดังกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง และผลของการวัดปริมาณต่าง ๆ จะขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างผู้สังเกตกับสิ่งที่ถูกสังเกต

ทฤษฎีสัมพัทธภาพเสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ และมี  2 ภาค ได้แก่ ทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษ (special relativity)  และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (เสนอในปี ค.ศ. 1905) พัฒนาขึ้นจากสมมติฐาน 2 ข้อได้แก่ หนึ่ง กฏทางฟิสิกส์มีรูปแบบเดียวกันในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อย (inertial frame of reference) และ สอง อัตราเร็วของแสงมีค่าคงที่เสมอสำหรับผู้สังเกตทุกคน (กรอบอ้างอิงเฉื่อยคือ กรอบอ้างอิงที่กฏการเคลื่อนที่ของนิวตันใช้งานได้อย่างถูกต้อง)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (เสนอในปี ค.ศ.1916) ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่ออธิบายความโน้มถ่วง และใช้ได้กับกรอบอ้างอิงที่มีความเร่ง ทั้งสองทฤษฎีนี้นับเป็นเสาหลักที่สำคัญในประวัติศาสตร์การพัฒนาฟิสิกส์ยุคใหม่