相對論力學的另一個重要結論是：質量和能量是可以相互轉化的。假使質量是物質的量的一種度量，能量是運動的量的一種度量，則上麵的結論是：物質和運動之間存在著不可分割的聯係，不存在沒有運動的物質，也不存在沒有物質的運動，兩者可以相互轉化。這一規律已在核能的研究和實踐中得到了證實。
當物體的速度遠小於光速時，相對論力學定律就趨近於經典力學定律。固此在低速運動時，經典力學定律仍然是很好的相對真理，非常適合用來解決工程技術中的力學問題。
狹義相對論對空間和時間的概念進行了革命性的變革，並且否定了“以太”的概念，肯定了電磁場是一種獨立的、物質存在的特殊形式。由於空間和時間是物質存在的普遍形式，因此狹義相對論對於物理學產生了廣泛而又深遠的影響。
彎曲的時空——廣義相對論
狹義相對論給牛頓萬有引力定律帶來了新問題。牛頓提出的萬有引力被認為是一種超距作用，它的傳遞不需要時間，產生和到達是同時的。這同狹義相對論提出的光速是傳播速度的極限相矛盾。因此，必須對牛頓的萬有引力定律也要加以改造。
實驗證明，慣性質量和引力質量相等，因此不論行星的質量多大多小，隻要在某一時刻它們的空間坐標和速度都相同，那麼它們的運行軌道都將永遠相同。這個結論啟發了愛因斯坦設想：萬有引力效應是空間、時間彎曲的一種表現，從而提出了廣義相對論。
根據廣義相對論，空間、時間的彎曲結構決定於物質的能量密度、動量密度在空間、時間中的分布；而空間、時間的彎曲結構又反過來決定物體的運行軌道。在引力不強，空間、時間彎曲度很小的情況下，廣義相對論的結論同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的結論趨於一致；當引力較強，空間、時間彎曲較大的情況下，就有區別。不過這種區別常常很小，難以在實驗中觀察到。從廣義相對論提出到現在，就隻有四種實驗能檢驗出這種區別。
廣義相對論不僅對於天體的結構和演化的研究有重要意義，對於研究宇宙的結構和演化也有重要意義。
原子物理學
現代原子物理學的基本理論主要是由德布羅意、海森伯、薛定諤、狄裏克萊等所創建的量子力學和量子電動力學。它們與經典力學和經典電動力學的主要區別是：物理量所能取的數值是不連續的；它們所反映的規律不是確定性的規律，而是統計規律。
應用量子力學和量子電動力學研究原子結構、原子光譜、原子發射、吸收、散射光的過程，以及電子、光子和電磁場的相互作用和相互轉化過程非常成功，理論結果同最精密的實驗結果相符合。
微觀客體的一個基本性質是波粒二象性。粒子和波是人在宏觀世界的實踐中形成的概念，它們各自描述了迥然不同的客體。但從宏觀世界實踐中形成的概念未必恰巧適合於描述微觀世界的現象。
早期的原子彈設計藍圖。現在看來，需要粒子和波動兩種概念互相補充，才能全麵地反映微觀客體在各種不同的條件下所表現的性質。這一基本特點的另一種表現方式是海森伯的測不準原理：不可能同時測準一個粒子的位置和動量，位置測得愈準，動量必然測得愈不準；動量測得愈準，位置必然測得愈不準。
量子力學和量子電動力學產生於原子物理學的研究，但是它們起作用的範圍遠遠超出了原子物理學。量子力學是所有微觀、低速現象所遵循的規律，因此不僅應用於原子物理學，也應用於分子物理學、原子核物理學以及宏觀物體的微觀結構的研究。量子電動力學則是所有微觀電磁現象所必須遵循的規律。直到現在，還沒有發現量子電動力學的局限性。
量子統計力學
以量子力學為基礎的統計力學，稱為量子統計力學。經典統計力學以經典力學為基礎，因而經典統計力學也具有局限性。例如，隨著溫度趨於絕對零度，固體的熱也趨於零的實驗現象，就無法用經典統計力學來解釋。
在宏觀世界中，看起來相同的物體總是可以區別的，在微觀世界中，同一類粒子卻無法區分。例如，所有的電子的一切性質都完全一樣。在宏觀物理現象中，將兩個宏觀物體交換，就得到一個和原來狀態不同的狀態，進行統計時必須將交換前和交換後的狀態當作兩個不同的狀態處理；但是在一個物理係統中，交換兩個電子後，得到的還是原來的狀態。因此進行統計時，必須將交換前和交換後的狀態當作同一個狀態來處理。