U junu 1905. godine Ajnštajn objavljuje članak kojim udara temelje onome što je danas poznato kao specijalna teorija relativnosti. Još od vremena Galileja i Newtona, fizičari su znali da laboratorijska mjerenja mehaničkih procesa ne mogu pokazati razliku između aparatura  koje miruju i aparatura koje se pravolinijski gibaju konstantnom brzinom. Npr. Objekti se ponašaju jednako na brodu koji se jednoliko kreće i na brodu koji miruje vezan za obalu. Ovo se zove relativnost. No prema elektromagnetskoj teoriji koju su razvili Maxwell i Lorentz, svjetlost ne bi trebala zadovoljavati taj princip. Njihova teorija je predviđala da bi mjerenje brzine svjetlosti trebala pokazati efekt gibanja. No ti nije bilo moguće eksperimentalno dokazati: brzina svjetlosti nije varirala. Ajnštajn je bio uvjerenja da se princip relativnosti mora odnositi na sve fenomene, bili oni mehanički ili ne. Pronašao je način da dokaže da je ovaj princip kompatibilan s elektromagnetskom teorijom uvođenjem novog koncepta. Ajnštajnova specijalna teorija relativnosti senteza duboke analize osnovnih koncepcija o prostoru i vremenu.     

Jedna od osnovnih postavki je da je brzina svjetlosti konstantna i da ne ovisi o brzini kretanja izvora svjetlosti. Vjekovima su naučnici mislili da ne postoji granica brzine kretanja nekog tijela, ali je on pokazao da u svemiru ipak postoji ograničenje brzine najveća moguća brzina upravo je brzina svjetlost i iznosi 300 000 km u sekundi.

Iz čega slijedi da je vrijeme relativno. Sekunda nije uvijek sekunda, svugdje u svemiru, proticanje vremena ovisi o tome gdje se nalazite i kojom se brzinom krećete. Što je veća brzina nekog objekta, to sporije vrijeme prolazi u njemu.

U septembru iste godine Ajnštajn je iznio jednu od poslijedica svoje teorije. Ako neko tijelo emitira određen iznos energije, tada se masa toga tijela mora smanjiti za proporcijalni iznos. Ajnštajn je pokazao da se materija može uništiti i pretvoriti u energiju i obratno.

Masa i i energija su dakle ekvivalentne. Ovaj odnos prikazao je čuvenom formulom E=mc².