世紀之交的物理實驗和理論準備表明，建立新的時空理論和物質運動理論的條件已經具備，愛因斯坦在這樣的條件下，創立了相對論學說。
1905年，愛因斯坦根據大量的實驗事實和經驗事實，發表了《論動體的電動力學》論文，提出了新時空觀的狹義相對論的兩條基本原理。第一條：相對性原理。即物理規律在任何慣性參照系中都是一樣的，不存在一種特殊的慣性系；第二條：光速不變原理。即對任何慣性系真空中的光速 C 都相同。
1961年，他又建立了廣義相對論，廣義相對論有兩個原理，即等價原理與廣義相對論原理。它實質上是一種引力理論，認為萬有引力的產生是由于物質的存在和一定的分布狀況使時間和空間的性質變得不均勻所致。它把幾何學同物理學統一起來，用空間結構的幾何性質來表述引力場，從而使非歐幾何獲得了實際的物理意義。廣義相對論揭示了四維時空同物理空間的統一關系，指出時間——空間不可能離開物質而獨立存在，時空結構和性質取決于物質的分布，這就從新的高度和更深層次上徹底否定了牛頓的絕對時空觀，比起狹義相對論來說包含著更為深刻的科學與哲學思想。
狹義相對論與廣義相對論的相對論學不僅構成了現代物理學中最重要的基礎理論，而且與量子力學一起被公認為是整個現代自然科學的理論支柱。愛因斯坦被人們譽為科學史上與牛頓相提并論的科學巨人。
