توضح النسبية الخاصة أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة لجميع المراقبين، بغض النظر عن سرعة مصدر الضوء أو سرعة الراصد. ويبلغ مقدار هذه السرعة نحو ٢٩٩,٧٩٢ كيلومترًا في الثانية، وهي الحد الأقصى المعروف لانتقال المعلومات والطاقة وفق الفيزياء الحالية، وقد أكدت التجارب هذا المبدأ بدقة عالية.

السرعة النسبية هي سرعة تُقاس بالنسبة لسرعة الضوء وتُؤخذ فيها آثار النسبية الخاصة، بحيث تصبح صياغات النيوتنية غير دقيقة عندما يتجاوز الخطأ الناتج عتبة ١%؛ يُستخدم في وصف الأجسام دون الذرية المتحركة مبدأ معامل لورنتز ومعادلات الموجة النسبية لتحديد السرعات والكمون الطاقي وتحوّل الزمان والمكان عند سرعات قريبة من سرعة الضوء.

يؤدي الاقتراب من سرعة الضوء إلى ظاهرة تُعرف بانكماش الطول، إذ يبدو الجسم المتحرك أقصر في اتجاه الحركة بالنسبة إلى مراقب خارجي. وفي المقابل يرى الراكب المتحرك نفسه طبيعيًا، بينما تبدو له المسافات في اتجاه الحركة أقصر. ويُعد هذا الاختلاف نتيجة لاختلاف القياسات بين الأطر المرجعية المتحركة، وليس تشوهًا حقيقيًا في الجسم.

يفترض بعض التفسيرات المستندة إلى النسبية الخاصة أن تجاوز سرعة الضوء شرط لازم لحدوث مفارقات زمنية معينة، إلا أن الفيزياء الحديثة ترى أن الأجسام ذات الكتلة لا يمكنها بلوغ سرعة الضوء أو تجاوزها وفق القوانين المعروفة. لذلك لا توجد طريقة مثبتة تسمح بالسفر إلى الماضي أو المستقبل عبر الحركة وحدها.

طور ألبرت أينشتاين نظرية النسبية الخاصة عام ١٩٠٥، ثم النسبية العامة عام ١٩١٥، فغير بذلك فهم الإنسان للزمان والمكان والجاذبية. وتنص النسبية الخاصة على ثبات سرعة الضوء لجميع المراقبين، وعلى أن الزمن يتباطأ عند السرعات العالية. أما النسبية العامة فترى الجاذبية انحناءً في نسيج الزمكان. وقد أسهمت هذه النظرية في تطوير تقنيات مهمة مثل نظام تحديد المواقع، كما فسرت ظواهر كالثقوب السوداء وتمدد الكون.