根据电磁理论的基础——麦柯斯韦方程,电磁波传播的速度（即光速）只与一些基本物理常数有关,而与参照系无关.
为了解决这个结论与经典力学的矛盾,引入了洛仑兹变换.它把三维空间和时间合为一个四维向量,而不同参照系就相当一个平移和旋转变换.在这个变换下,如果一个物体在一个参照系中以光速运动,那么变换到另一个参照系中,它的速度还是光速.在这样的变换下,麦克斯韦方程可以在不同的参照系下同时成立.
爱因斯坦的狭义相对论给洛仑兹变换提供了物理意义.他认为在高速运动时,空间尺度会改变,因而速度不能直接相加,而要引入一个因子,这正是洛仑兹变换的结果.
同时他还提出动力学理论,认为物质的质量随速度而增加.所以对一个静止质量不是零的物体,将其加速到光速所需的能量是无穷大.而静止质量为零的物质在以光速运动时,会有非零的质量.