第二，經典物理學認為時間和空間是互不相幹的，時間本身是一獨立的連續體，空間也可以脫離時間而存在。
狹義相對論揭示了時間和空間存在著內在的不可分割的聯係。時間和空間既不能與物質運動相脫離，它們二者也不能相互割裂。自然界中根本不存在孤立的時間和孤立的空間;客觀世界每一真實的物理過程，都總是在四維時空連續區中存在著。它們的運動狀態必須用時間坐標和空間坐標一起來作全麵的描述。
第三，經典物理學認為一切物體無論是在運動中還是靜止時，它的長度總是一樣的;時鍾在運動和靜止狀態都將保持同樣的時間。
狹義相對論認為這種假定是不合理的。它認為空間和時間是隨著物體的運動而變化的。經典物理學的時空觀在物體低速運動時才能適用。當物體高速運動時，運動物體上的時鍾變慢，尺子變短。這就是狹義相對論中的“鍾慢效應”和“尺縮效應”。
在質能觀上，狹義相對論也不同於經典物理學。
經典物理學有一條原理，叫做質量守恒原理，即任何物體的質量是一定不變的，不管該物體是處於靜止還是運動狀態。例如，一列火車不管它是停在路軌上，或以每小時60公裏的速度在地麵上行駛，還是以每小時60萬公裏在空中飛馳，其質量都一樣，永遠不變。
狹義相對論則認為，物體的質量隨運動而變化。同一物體在不同速度下有不同的質量。過去人們未曾發現這個事實，僅是因為人類的感官及當時的儀器精度不夠，無法覺察這種無限小的質量上的變化。例如，速度達到每秒30公裏的物體，質量隻增加一億分之一。若物體的速度為0.87C(C為光速，每秒30萬公裏)時，物體的質量就增加一倍，而當速度達0.994C時，物體的質量就加大十倍。
愛因斯坦在狹義相對論中證明，質與能是同等的東西，質是能的集中。換言之，質就是能，能就是質，它們的區別隻在於臨時的狀態。質量和能量又是相互轉化的。因為運動物體的質量隨著運動速度增加，又因為運動即是能量的一種形式，那麼，運動物體質量的增加即由能量的增加得來。
愛因斯坦於同年9月在論文“物體的慣性同它所含的能量有關嗎?”中推導出了著名的質能關係式：E=mc2。其中，m是物質的質量，E為它所含有的能量，c是光速。
這個公式隻說明質量為m的物質所蘊藏的全部能量是E=mc2，並不等於這些能量都可以釋放出來。按照這個公式，1千克物質所含的能量竟等於燃燒250萬噸優質煤所釋放出的熱能。它說明了放射性物質何以能釋放巨大的能量，說明了太陽及一切恒星何以能發射光與熱至億萬年之久。狹義相對論使質量守恒原理失去了獨立性，它和能量守恒原理融合在一起了。今天，這個質能轉化與守恒原理成了利用原子能的理論基礎。
狹義相對論成功地揭示出時間與空間、物質與運動、能量和質量、動量和能量的統一性，把經典力學和經典電動力學統一起來了，它是人類理性思維的傑作。
在絕大多數物理學家還根本不能接受這個新理論時，愛因斯坦就已積極地把這一理論繼續向前推進。1907年，他就把研究的興趣從狹義相對論轉向它的推廣。這是因為狹義相對論的應用範圍僅局限於勻速直線運動體係，還不能解釋加速運動體係和萬有引力問題。牛頓的萬有引力是建立在絕對時空基礎上的，是一種經典引力理論。要使經典引力理論發展成為一種更廣泛更普遍的新理論，必須把經典引力理論改造成為相對論的引力理論。
愛因斯坦早就想到另一個有趣的問題：如果有人湊巧在一個自由下落的升降機裏，那會發生什麼現象呢?1912年，愛因斯坦回到母校蘇黎世工業大學任教後，在他的老同學、該校的數學教授格羅斯曼的協助下，找到了“黎曼幾何”，為廣義相對論的創立提供了強有力的數學工具。