20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论，扩展了伽利略相对性原理，空间说说，不仅要求力学规律在不同惯性参考系（惯性系）中具有同样形式，百度空间，而且要求其他物理规律在不同惯性系中也具有同样的形式。爱因斯坦还假定在不同惯性参考系中单程光速C是不变的。据此，不同惯性系的空间坐标和时间坐标之间不再遵从伽利略变换，而是遵从非齐次洛伦兹变换。根据这类变换，尺的长度和时间间隔（即钟的快慢）都不是不变的：高速的）：对某一个惯性系同时发生的两个事件，对另一高速运动的惯性系就不是同时发生的。在狭义相对论中，光速是不变量，因而时间–空间间隔（简称时空间隔）亦是不变量；一些惯性系之间，除了对应于时间平移和空间平移不变性的能量守恒和动量守恒之外，还存在时间–空间平移不变性；因而，存在能量–动量守恒律。根据这一守恒律，可导出爱因斯坦质量–能量关系式。这个关系在原子物理与原子核物理中极为基本。狭义相对论否定了19世纪光以太的存在，电磁波是电磁场自身的波动。这样场就成为与实物有所不同的物质形式。同时，这也否定了牛顿的空间和时间，并通过光速不变原理把一维时间和三维空间联系起来，成为相互联系的四维时间–空间。H.闵可夫斯基首先发现了这一性质，交换空间，因而称为闵可夫斯基时空。四维闵可夫斯基时空的几何是度规具有符号差的欧几里得几何，其不变群就是非齐次洛伦兹群。
伽利略相对性打破了牛顿的空间概念。力学相对性原理（伽利略相对性）要求物体的运动规律中必定不含有速度，亦即速度是无法测定的，空间，否定了牛顿空间的存在。牛顿曾经对空间的不存在感到非常忧虑，因为与其上帝的观念不一致。事实上，即使空间的不存在隐含在其定律中，牛顿也会拒绝接受。因为这个非理性的信仰，牛顿受到许多人的严厉批评，有名的是贝克莱，他是一个相信所有的物质实体、空间和时间都是虚妄的哲学家。
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