1905年，德国科学家阿·爱因斯坦发表《论运动物体的电动力学》。其中包括所谓“特殊相对论”的基本原理。1916年，他首先表述了普遍相对论的原理。1881年—1887年阿·迈克尔逊和爱·莫雷在美国所作的实验，给相对论的研究奠定了基础。阿·爱因斯坦在他所创立的特殊相对论中，对迈克尔逊和莫雷的实验结果做出另外的解释。他认为不论光线是沿着地球运动的方向还是与它垂直的方向传播，光速永远是相同的。产生一切运动的、万能的、静止的“宇宙媒质”机械的以太根本就不存在。不论光线的运动属于任何正在惯性直线和等速运动中的物体，而它的速度总是不变的。根据爱因斯坦的理论，不但物体在运动时，它的大小发生变化，而且时间过程本身也发生变化，在一些运动条件下等时的现象，在另一些条件下，用另一参考系比照，便不等时。现象的等时并不是绝对性质，而是依物质运动条件为转移的相对性质。因此，必须放弃空间是一种“空洞容器”，是一种与物质运动无关的绝对不变的存在的旧概念。同时，也必须放弃时间是空洞的、与物质和物质过程完全无关的“绝对长度”的旧概念。空间和时间的性质依物质运动为转移，两者具有密切的关系。人们对于空间和时间有了新概念，力学定律的表述也必然发生重大的变化。在新的“相对性力学”中，与牛顿的古典力学定律不同，相对运动的速度是由另外一种更加复杂的方式来形成的。在牛顿力学中，运动速度可以有从零到无限大的任何值，而在“相对力学”中，它不能超过真空光速值约30万公里／秒。物体质量也不能认为固定不变，它依运动速度为转移。质量和能量之间具有更深刻的内在联系。普遍相对论（也是阿·爱因斯坦制定的）向前进了一大步。特殊相对论只应用于直线等速的运动。普遍相对论涉及加速运动和万有引力（重力）。它得出空间和时间的性质与物质有更密切的联系的结论，在两个世纪的交合点。德国物理学家麦克斯·普朗克做出另一个重要发现，打破了过去的所谓连续性是一切自然过程的基本性质的概念。他在1900年12月14日发表《论标准光谱中的能量分布》，这便是量子物理学的开端，普朗克企图解释实验数据和1896年威·维恩所提出的、只适用于短波的光谱热辐射中的分布公式之间的差异，他得出这样的结论：辐射并不是连续不断的能量，而是由与振动数成正比的能量的一部分——“量子”形成的。5年以后，阿·爱因斯坦表述了似光的量子的概念，定名为“光子”。
