自由落体是重力的基本表现。比如，一个下坠的物体，被扔入空气中，在它的运动轨道上的任意一点都是自由落下的。尽管被许多天体的重力场所干扰，物体也许不会真正的朝着地心落下。当一个在一个容器里面自由落下时也是自由落体，并且体现了失重的现象。重力对人和容器都有相同的影响，所有对于容器来说没有加速的感觉。
相对论准则是，假设所有的物理实验结果都在一个惯性坐标系的实验室中，那么这些结果相对于坐标系的匀速运动是独立的。换句话说，在任何惯性坐标系中物理规律都必须有相同的形式。那么可以得出一个推论，无论光来源的速度或者观察者的原因，光的速度在惯性框架中肯定是一样的。事实上，所有的规律和狭义相对论的结果都来源于这些概念。
第一个重要的结果就是同时性相对论。因为在不同区域里的同时事件的操作性定义包含了他们之间光信号的传递，所以，当一个坐标系相对于另一个坐标系进行移动时，在一个惯性坐标系内同时进行的两件事情将不会同时进行。这个结论将推翻牛顿一个著名的概念，即通用时间。在一些方面，狭义相对论最重要的结论是，当它与量子力学合并时，它引导了许多对实验结论的预测。
相对论的数学基准是1908年，由一位德国数学家赫尔曼？闵可夫斯基（Hermann Minkowski）发明的。他发展了“四维时空连续统”的概念，这个理论包含了时间及三个空间维度。
对等原则和时空曲率
狭义相对论的闵可夫斯基时空理论与重力存在不相容。当一个地球的粒子，在一个坐标系中具有惯性，但在一个重力场可以忽略不计的地方，那么这个粒子在地球附近将不会有惯性。然而，这两者的近似兼容的性质可以被一个著名的重力理论证实，这个理论被称为弱等效原理（WEP）：所有规模不大的物体，在所提供的外界重力领域内，无论其质量、成分或者结构如何，它们都有相同的加速度。这个原则的正确性已经被伽利略、牛顿、弗里德里希？贝塞尔（Friedrich Bessel）以及20世纪初的巴隆？罗兰？冯？伊洛特洛斯（Baron Roland von Eotvos）证实（此后这样的实验都是以为他的名字命名的）。如果一个观察者在重力环境下乘坐一部自由落下的电梯，因为他们都是以同一速率落下，那么电梯内所有物体最后都会沿直线匀速运动，如重力已经消失一样。相反的，在一个没有任何重力的空间里，一个加速运动的电梯内，物体会以相同的加速度落下（因为它们的惯性），就像处在重力领域中一样。
爱因斯坦的观点是，在无重力领域中，这种消失的重力的情况不仅仅适用于机械运动，还适用于所有的物理规律，如电磁理论。因此，在任何自由落体坐标系中，物理规律（至少是本地的）应该采纳狭义相对论的理论。这被称为爱因斯坦等效原理（EEP）。
EEP的其中一个理论就是重力红位移，在一个频率上的位移，f代表光线，这条光线在重力领域中穿过高度h，给出了一个公式（Δ f）/f=gh/c^2，g代表了重力加速度，c代表光的速率。（如果光线频率下降，它就是蓝移位。）EEP第二个推测就是空间时间是可以被弯曲的。即使这是一个高科技的事件，物理学家设想一个两个坐标系自由落体的例子，但是在地球相反的一面进行。根据爱因斯坦等价原理，闵可夫斯基时空原理在本地的每个坐标系中都是有效的。然而，因为坐标系在朝各自靠近时是加速运动的，两个闵可夫斯基时空在它们遇到并且契合成一个时，不能进行延展。在重力演示中，时空在局部是一个平面，但是在球体上是弯曲的。
任何包含了爱因斯坦等价原理的重力理论都被称为“量度”理论（来自于几何学，重力的弯曲时空观点）。因为等价原理是这个观点的关键基础，它需要被精确的测试。伊洛特洛斯试验的版本于1964年在普林斯顿以及1971年在莫斯科进行演示，这个实验把EEP精确到了10^（…12）。重力红位移测量用于：1965年在哈佛大学，一条伽马线穿过了一座塔；1965年太阳表面放射的光线1976年用于飞机和火箭的自动闹钟，这些都证实了EEP的推测要精准得多。
广义相对论
等价原理和它的试验都证明了，时空的扭曲是被一种事物牵连，但是它们还不能说明时空曲率问题到底产生了多少能量。为了确定这个曲率，我们需要一个具体的重力公测原理，如广义相对论。广义相对论提供了一个方程组，从一个所给的物质分布上得到时空曲率的预算。爱因斯坦的目的是找到一个最简单的场方程来建立一系列的时空曲率和把物质分布作为一种资源的理论。这个结论是一组10个方程式。而这不是唯一一个公测原理。在1960年，除了曲率的场论方程和额外的引力场，引力场用曲率产生的方法来调解和论证的方程式，C。H布兰斯（C。H。Brans）和罗伯特？迪克（Robert Dicke）还发展和发表了测量理论。1960年到1976年之间，这个理论变成了广义相对论的主要对手。1916后，许多其他的测量理论出现。
至此，最重要的是广义相对论是否真的是正确的重力理论。过去科学家经常说爱因斯坦发现了3个经典理论：重力红位移、光偏转和水星近日点的转变。然而，红位移是一个基于方程式的测试，而不是广义相对论本身。直到爱因斯坦时代，还有两个新的重要测试被发现：一是夏皮罗二世（I。I。Shapiro）于1964年发现的时间延迟和1968年诺特维特发现的诺特维特效应。
1919年的日食探险确立了光偏正原理，这是广义相对论的重要时刻，也奠定了爱因斯坦的理论框架。根据这个理论，如果光线擦过太阳表面，那么将会已1。75″的电弧方向穿透扭曲的时空。不幸的是光学星光的挠度测量起来非常困难（一部分是因为日食，遮住了太阳的光），而且1919年到1973年的重复测量得出的是不准确的结果。这个理论被无线电波的挠度取代，这个电波来自于遥远的类星体并用于在白天大量采用的干扰程序。1969年到1975年，12种最终测量协议产生，其中的百分之一是对广义相对论的挠度的预测。
时滞效应是一种很小的返回延迟，它是光信号穿过靠近太阳的扭曲时空传到太阳远侧面的星球或者太空船，再返回地球的一种光信号传送方式。对于一束光，太阳表面摩擦的延迟达到1秒的200/1000000。1964年起，雷达测距系统程序测量水星和金星到水手飞船6号、7号和9号的延迟，与维京火星探测器相比，已经能够证实这个预测精准0。5％。
诺特维特效应是一个没有在广泛相对论中出现，但是能预测很多重力现象的替代度量理论，包括布兰斯…迪克理论（Brans…Dicke theory）。它可能破坏了与重力相连接的像行星或者恒星这样巨大物体的加速度平等。这样一种影响的存在不会破坏弱等效原则作为弯曲时空的基础应用，这个原则只用于那些内部重力连接可以忽略不计的中等大小的物体。广义相对论最显著的特质之一是它能满足各种类型物质的燃点。假设诺特维特效应出现了，之后地球和月亮将会受到太阳的吸引，而稍微加速，结果就是能在激光测月上观测到月球轨道上出现的微扰。激光测月是一种通过阿波罗宇航员利用激光脉冲反射到镜子中的阵列来测量月球距离的技术。从1969年到1976年间获得的数据看来，没有这样的扰动被检测到，误差少于30厘米（1英尺），与广义相对论的零的预测完全一致，和布兰斯…迪克理论的预测完全不同。
在最后的十年中，人们做了更多微妙重力效应的二次实验。广义相对论每一次都通过了实验，然而反对广义相对论的大部分实验都失败了。重力辐射和惯性参考系拖拽实验现在也被开发出来了。有一个实验将涉及到把一个旋转的物体放在地球轨道上，观察预期的相对论效应。
宇宙论和时间
广义相对论在天文学上的第一个应用是在宇宙学领域。这个理论预测了宇宙会从一个最初封闭的状态不断扩大，这就是人们所说的宇宙大爆炸。许多年来，大爆炸理论一直受到另一个被称为稳态理论的质疑。稳态理论是以整个宇宙中的物质是不断创造出来的概念提出来的。然而，之后人们对宇宙知识更加了解，强烈支持大爆炸理论，反对稳态理论。这样的调查结果既不是由相对论预测的，也不和相对论冲突，因此也进一步支持了这个理论。也许最有争议的证据就是在1965年，背景辐射的发现。大量的电磁辐射在大约2。7K（零度以上的27摄氏度）的温度下充满了整个宇宙。背景辐射也是由广义相对论提出的假设，被认为是早期在热阶段的宇宙大爆炸之后留下的痕迹。宇宙中观测到的大量的氦（按重量计算有20％到30％）也是广义相对论预测的宇宙大爆炸的必然结果。
另外，广义相对论暗示了许多不同种类的天象存在，其中包括中子星、黑洞、引力透镜和重力波。根据相对论理论，中子星将是很小的，但又是极其大的类星体。例如，一颗半径为10公里的中子星的质量就和太阳相当了。这种星星被万有引力压缩，使得它们的密度可以和主要是由中子组成的原子核内的密度相比。这样的星星被认为是剧烈的天体运动，像超新星和其他星星的爆炸的结果。第一次提出中子星是在20世纪30年代，具有这种类型特质的许多星体也都被一一证实了。1967年，许多天体中的第一个，现在被叫作脉冲星的天体也被发现了。这些发出快速的常规脉冲辐射的星星，现在也被认为是快速旋转的中子星，这些中子星的脉冲周期展示了其旋转周期。
黑洞是广义相对论预测中最奇异的，尽管其概念可以追溯到20世纪之前。这些理论对象是那些�