這裏介紹一下相對論的兩條基本原理：相對性原理與光速不變原理。
所謂相對性原理：在兩個相互做勻速直線運動的參照係中，一切自然定律都是相同的。
什麼叫做"參照係"呢？我們說，火車向前行駛了多少公裏，這是相對於地麵來講的。研究火車在地麵上的運動，是以地麵為參照物的。研究乘客在火車上的運動，就是以火車為參照物的。在參照物上安放一個可以量度運動物體位置的假想的坐標係之後，就叫做參照係。
現在假定有一列火車沿著直線軌道勻速行駛，車廂裏有一位乘客向上拋出一個小球，那麼這位乘客所看到的小球的運動情況，和他在地麵上向上拋出一個小球後所看到的情況是完全一樣的。這是因為他的火車參照係相對於地麵參照係在做勻速直線運動。"在兩個相互做勻速直線運動的參照係中，力學定律是相同的。"這是伽利略早在17世紀就已經提出來的相對性原理。愛因斯坦把伽利略的相對性原理推展為："在兩個相互做勻速直線運動的參照係中，一切自然定律都是相同的。"
把一個力學定律推展為一切自然定律，這是一個巨大的飛躍，為了實現這個飛躍，整整用了200年。這200年正是牛頓機械物理學統治的200年。這樣，不單是力學實驗，連光學實驗、電磁學實驗，以至任何其他一切實驗，都不能測出絕對運動來。一切都是相對的，因此也就否定了絕對空間、絕對時間、絕對運動和光以太的存在。
所謂光速不變原理是指：光在真空中的傳播速度是一個不變的常數，它和光源的運動速度沒有關係，和觀察者的運動速度也沒有關係（指的都是勻速直線運動）。
經典物理學對粒子的運動（如炮彈）和波的運動（如聲音）都進行了長期的周密的研究，這兩種運動的本質是完全不同的。粒子運動是粒子本身在運動，如炮彈；波的運動必須靠介質來傳播，如聲波是靠空氣來傳播的。
那麼光的傳播是屬於哪一種運動呢？首先，光在真空中的傳播和聲音在空氣中的傳播是不一樣的，因為光沒有介質。舊物理學原來一直認為光是波的傳播方式，介質就是以太。但是邁克爾遜1897年進行的地球在以太中的漂移速度實驗已經徹底否定了以太的存在。
那麼光是不是像粒子那樣靠放射傳播的呢？我們來進行一個實驗：假如有一艘炮艦，首尾各有一門相同的大炮，發射出的炮彈速度是W，當炮艦以V的勻速向前行駛時，艦首大炮炮彈的速度是W+V，艦尾大炮炮彈的速度是W-V，這就是粒子的速度合成定理。但是光的運動服不服從速度合成定理呢？1054年天文學上曾發生過一次著名的超新星爆發。殘骸就是現在金牛星座中的蟹狀星雲，如果光線服從速度合成定理，這顆超新星爆發時向著地球方向飛來的物質A發出的光。速度將是光速C加上飛散物質的速度V，而背離地球方向飛去的物質B發出的光。速度將是C-V，那麼地球上將先看到A發來的光，按照計算，得等幾十年後才能看到B發出來的光。這樣，在地球上幾年中都能看到這顆遙遠的超新星爆發時所發出的強光。然而實際情況卻是：這顆超新星爆發時發出的強光，隻過了一年多就消失了，就像我國《宋史》上記載的那樣："年餘稍沒。"這就說明A和B發出的光都是以C的光速向著地球傳來的。
光在真空中傳遞，既不像波，也不像粒子，它隻遵循一條特殊的規律：光速不變原理（科學史上第一個想要測定光速的人是伽利略，他和他的助手各舉一盞燈站在兩個山頭上，由於光速太快，和它相比兩個山頭之間的距離實在太小了，這個測量當然失敗了。第一個測定光速獲得成功的是1676年丹麥的天文學家羅邁，他通過觀測木星和它的衛星這樣的天文規模的距離，第一次測出了光的速度，但由於當時儀器不夠精密，測得的數值為225000公裏／秒。直到1899年。美國科學家邁克爾遜才用他改進了的精密光學儀器測得了光速的最精確值：299796公裏／秒。在不用於精確計算時，經常隻說它的近似值：300000公裏／秒）。
這兩條基本原理和經典物理學都是勢不兩立的，特別是光速不變原理。它和牛頓的絕對時間和絕對空間更是水火不容。
假若有一條平直的鐵路穿過車站，站台兩邊A、B兩點各立有一根柱子，一個手拿信號燈的工人站在A、B的中點C發出一個信號，他將看到：信號以相同速度C通過相同距離同時到達A、B兩點。如果在他發出信號的同時，正好有一列火車從他身旁經過，車上坐著的一位乘客將看到：這個信號以C的光速離開自己向火車兩頭A、B兩點飛去，由於火車是向著A點奔去，所以對於他來說，信號到達A點走過的距離短，到達B點的距離長。他將看到信號先到達A點，然後到達B點。信號到達A和B是不同的兩件事，在以地麵為參照係的工人看來，這兩件事是同時發生的；在以火車為參照係的乘客看來，它們卻不是同時發生的。這隻是一種純理論設想，在實際生活中，工人、乘客都不可能用肉眼觀察到信號到達A、B兩點的時間。而且光速是那樣快，對於相距不遠的兩個目標來說，也根本無法量出信號到達的先後。一個同時，一個不同時，到底哪個對，在經典物理學看來，事物的是非隻有一個絕對標準，要麼就是對，要麼就是錯。那麼對於這個問題如何判斷呢？經典物理學回答不上來了。