馬赫在肯定牛頓的巨大貢獻的同時，還對牛頓的一些觀點進行了批判。首先是關於質量的定義：馬赫認為牛頓的質量定義（體積和密度的乘積）是一個“偽定義”，是一種“循環論證”。因為牛頓把質量或“物質的量”定義為“密度和體積的乘積”，那麼，什麼是密度呢？他在《原理》的後文中又把密度定義為“慣性”對體積的比值。在《原理》開始部分，他曾定義慣性是同質量成比例的。馬赫認為，這種描述本身並不具備必要的明晰性，這樣的質量概念無助於質量的實際測量。
馬赫還批判了牛頓提出的絕對時空觀。他認為，既無絕對空間，也無絕對運動，力學實驗根本不能告訴我們任何關於絕對空間的事情，而“所有我們的力學基本原理都是關於物體的相對位置和運動的經驗”。他認為牛頓所提出的那種脫離物質而存在的絕對空間和絕對運動的概念，是“沒有自然科學意義的”形而上學觀念。對於牛頓用以證明絕對運動的水桶實驗，馬赫認為：“牛頓用轉動的水桶所做的實驗，隻是告訴我們：水對桶壁的相對轉動並不引起顯著的離心力，而這離心力是由水對地球的質量和其他天體的相對轉動所產生的。如果桶壁越來越厚，越來越重，最後到達好幾裏厚時，那就沒有人能說這實驗會得出什麼樣的結果。……”他認為，水對桶壁的相對轉動並不能引起它的表麵凹下去，這種凹麵現象隻可能是由於水相對於地球以及無數遙遠天體的相對運動而引起的。
總之，馬赫反對牛頓關於絕對時空、絕對運動的觀點，堅持運動的相對性思想，認為能被確定的隻是相對位置和相對運動。他指出：“一切質量，一切速度，因而一切力都是相對的，並不存在有關相對和絕對的任何區別。”而在相對關係中，“加速度占有特殊的地位”。他認為一切運動都是相對的，包括慣性係、慣性質量、慣性力等等，都是相對的，是無數遙遠天體對物體作用的結果，是物體相對於眾天體有加速運動的結果。
愛因斯坦曾高度評價馬赫的這些思想。他在1916年紀念恩斯特·馬赫的悼文中說：“……表明馬赫已經清楚地看出了古典力學的薄弱方麵，而且離開提出廣義相對論已經不遠。”雖然馬赫在晚年並不承認自己是相對論的先驅，但是，在自然科學家中馬赫率先對牛頓的絕對時空觀的懷疑和批判，對愛因斯坦創立相對論，的確是發生了一些積極的影響。相對論的建立，突破了牛頓的絕對時空觀的舊框框，揭示了時間空間和物質、運動之間的聯係，也揭示了時間和空間之間的聯係，它從新的高度，徹底否定了牛頓的絕對時空觀。
愛因斯坦是現代科學革命的巨匠。他在1905年發表的《論動體的電動力學》一文中首先創立了狹義相對論，又於1915年建立廣義相對論。他大膽地提出了許多新的思想，但是他從來沒有把牛頓力學的被突破看作是科學的廢墟。他認為新理論既指出了舊理論的優點，也指明了它的適用範圍和局限性，同時提出更具有普遍意義的規律，而把原來認識的規律作為一個特殊部分合理地包括在新理論之中。愛因斯坦相對論表明牛頓力學隻適用於、而且是近似地適用於宏觀低速的運動過程，而不適用於高速運動過程。相對論力學則既能精確地適用於高速運動過程，又能精確地適用於低速運動過程，它比牛頓力學具有更大的普遍性。牛頓力學所反映的隻是有限的、局部的、特殊的領域中的自然過程和規律，隻是相對論的極限場合，即當物體的運動速度V遠小於光速C時，相對論就等效於牛頓力學。這正如愛因斯坦和英費爾德把科學的發展比作登山時所說的那樣，他說：“若用一個比喻，我們可以說建立一種新理論不是像毀掉一個舊的倉庫，在那裏建起一個摩天大樓。它倒是像在爬山一樣，愈是往上爬愈能得到新的更寬廣的視野，並且愈能顯示出我們的出發點與其周圍廣大地域之間的出乎意外的聯係。但是我們出發的地點還是在那裏，還是可以看得見，不過顯現得更小了，隻成為我們克服種種阻礙後爬上山巔所得到的廣大視野中的一個極小的部分而已。”