狭义相对论起源于爱因斯坦16岁时写的一篇论义，即《关于磁场中的以太的研究现状》。“以太”这个源于希腊文，即空气的上层之意的名词，是亚里士多德所设想的与构成地球万物的水、土、火、气四元素不同的构成神灵世界的一种轻元素。爱因斯坦的狭义相对论从根本上改变了作为人类思考基本要素的时间和空间的陈旧概念，它认为，如果对于一切参照系，光速是不变的，而且一切自然规律都是相同的，那么可以发现，时间和空间都是相对于观察者的。
爱因斯坦研究了光在“以太”中的传播问题，大胆地否定了“以太”的存在。爱因斯坦认为关于时间是不断流动延续，空间是广阔无边，物体的存在与运动对此一点影响也没有的观点是毫无道理的，这就从根本上动摇了牛顿的信仰。
爱因斯坦认为，时间、空间、物体、运动是不可分割的统一整体，物体的运动变化，不但影响空间的大小存在，而且也影响时间的流动过程。最明显的例证是在物体运动速度充分大时，时钟会显示变慢，物体会沿运动方向缩小尺寸。在过去，牛顿的万有引力定律对于计算围绕太阳公转的行星，如水星、金星、地球、火星等的运行轨道及人造地球卫星的运动轨道也卓有成效。它甚至可以分秒不差地预报百余年后在地球上某处能够看到的日全食或月全食的时间，许多人对这条万有引力定律奉若神明，把它讴歌成整个宇宙的绝对真理。
但是相对论认为：牛顿的运动定律只有在物体运动速度远比光速低的场合下才适用，万有引力定律也只有在强度弱的场所才成立。就这样，相对论把这些定律从宇宙的绝对真理的宝座上拉了下来，证明它们无非是相对真理而已。对牛顿的经典物理学进行了全盘的否定之后，爱因斯坦提出了全新的时间空间和运动概念，并经过复杂的数学推导和运算，最终导出了一系列重要的狭义相对论结论。当爱因斯坦发表狭义相对论的观点时，年仅26岁。
爱因斯坦在26岁时就提出了著名的相对论理论，他的故事告诉我们，年龄不是取得成功与否的条件，有志不在年高，无志空活百岁，所以，我们从现在开始就要制定远大的目标，并为之努力。
广义相对论问世
广义相对论是一种没有引力的新引力理论，是适用于所有参照系的物理定律。
1916年，在《物理学》杂志上，爱因斯坦发表了《广义相对论的基础》一文。诺贝尔物理奖金获得者马克斯·玻恩把广义相对论看作是“人类关于大自然的思想的最伟大成就，是哲学的深度、物理学的直觉和数学的技巧的最惊人结合”。
1912年的冬天，当第一场瑞雪普降人间的时候，爱因斯坦踏着地上的积雪，又回到了苏黎世联邦工业大学。从这时起，他有了一笔丰厚而稳定的收入，生活得非常幸福美满，对自己的婚姻也觉得很满意。
然而好景不长，两年后，爱因斯坦又把家搬到柏林，在那里，爱因斯坦接受了普鲁士科学院的一个职位。那年夏天，他的妻子和两个儿子在瑞士度假，由于一次大战的爆发而不能返回柏林，几年之后，这一被迫性的长期的两地分居导致了离婚。爱因斯坦厌恶战争，他还直言不讳地批判了德国军国主义。但爱因斯坦始终没有忘记自己肩上所担负的神圣的使命，他更加全神贯注地去完成他的广义相对论。
为了研究广义相对论，爱因斯坦付出了自己的一切，多年以来没有规律的生活，给他的身体造成了巨大的伤害，肝炎和胃病几乎要把他给摧垮了。爱因斯坦以为自己得了癌症，于是，他更加自觉地抓紧一切时间，为了研究，他把自己关在一间小阁楼里，把门从里面反锁着，不让任何人打扰，只是到了黄昏时分，他才出去放放风。两个星期之后，爱因斯坦面无血色地从小阁楼里走了出来，手里抱着一叠厚厚的文稿，大声地向世界宣布：我研究出来了！就这样，广义相对论诞生了。
广义相对论认为，时间、空间与物体运动整体的不可分割性，不但在匀速直线运动情况下存在，而且在有加速度运动的情况下，也同样存在。爱因斯坦还进一步指出，加速度运动与引力场（重力场）引起的运动就是一回事，是等价的或等效的。这就推广了相对论的基本内容。根据等效原理，引力可以等效为加速系统中的惯性力。引力可以被一个加速系统完全抵消，引力也可以用一个加速系统体现出来。这样，爱因斯坦就把引力进一步归结为由加速系统所体现出的时空几何特征。不同的加速系统就有不同的时空几何特征，则就代表不同的引力场。所以，爱因斯坦的广义相对论又把引力与时间空间的几何特征联系起来了。
爱因斯坦认识到，我们所生存的具有长、宽、高三个方位的空间和一直流动延续下去的时间，结合在一起成为四维时空的整个宇宙是弯曲而有曲率的。爱因斯坦从广义相对论出发，作了一些伟大的科学预言，有的已经被观测所证实，比如水星近日星的进动，光谱线的引力红移和引力场中光的弯曲。爱因斯坦的第二个预言就是，引力场很强的恒星发出的光谱线向红端（波长比较长的一端）推移，1924年，在天文观测中证实了有引力红移现象。其中较容易测量的是星星所发出的光线，从太阳旁边通过变得偏斜弯曲的数据。根据爱因斯坦的计算，可偏斜度为1.75弧秒。
据当时天文观测，1919年5月29日，赤道地区将要发生日全食，这正好被利用来观测太阳边缘所射来的星光。日食那天，观测队拍摄了大量的日食照片，经过对这些照片的显影与分析研究，终于测得光经过太阳附近的弯曲度是1.61到1.98弧秒之间。它与爱因斯坦的计算相差无几。
爱因斯坦一直把广义相对论看成是自己一生中最重要的科学成果。确实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论，到目前为止，依旧是一个最好的引力理论。
爱因斯坦在他的《我的世界观》一文中说：“我每天上百次地提醒自己，我的精神和物质生活都有赖于别人的劳动，其中有活着的人，也有已经死去的人。我必须尽自己的努力，以同样的分量去偿还我所领受了的和至今还在领受着的东西。”
爱因斯坦根据广义相对论，提出了关于宇宙的有限无边模型，推动了宇宙学的发展。广义相对论的问世，使爱因斯坦这个名字迅速传遍了全世界。
统一场论
尽管对于爱因斯坦的相对论，人们褒贬不一，但是，他仍旧一如既往地走着自己的路，去寻找电磁和引力之间的数学关系。爱因斯坦认为，这是发现掌管从电子到行星宇宙万物运行的共同规律的第一步。
爱因斯坦企图寻求一个方程或公式把物质和能的各种普遍性质都联系起来，这就得到了所谓的统一场论。统一场论是爱因斯坦着力攀登的一座高峰，在达到这个目标的征途中，他大刀阔斧地使用了批判的武器。当然，爱因斯坦的批判不是指向个别的科学推论，而是直击牛顿力学的基石，指向绝对的时空观。牛顿力学认为，物质的质量是不随机械运动而变化的，是绝对的；描述物体运动的空间和时间也是脱离物质运动而绝对孤立地存在的；空间就是欧几里得几何学中的三维空间。爱因斯坦认为，我们衡量物体长度的尺子本身是和物体同样处在一个运动的坐标系中，如果用一个固定不变的尺子，是没法衡量一个运动物体的长度的，因此长度所表达的空间不是绝对孤立地存在的，空间是跟运动和物质相联系的。
然而，爱因斯坦没有能够完成统一场论，他没有能够把引力理论和电磁理论统一起来。因为迅速发展着的量子理论揭示，单个电子的运动是无法预测的，它在任何时刻的位置和速度都不能以同等精确度来测定，也就是说，亚原子层次的任何物理体系的未来是不能预测的。
爱因斯坦完全承认量子力学的辉煌成就，但却拒绝接受认为这些理论是绝对的想法，而坚信他的广义相对论对于未来的发现是更能令人满意的基础。
爱因斯坦曾经说过：“上帝是难以捉摸的，但不是心怀好意的。”，他甚至认为宇宙是经过精心设计的，在这一点上，他同绝大多数物理学家没有能够走在一条道上。
德国物理学家玻恩曾说：“我们中间很多人都认为，这无论对他还是对我们都是一出悲剧，他在孤独中探索自己的道路，而我们失去了我们的领袖和旗手。”这一评价，使爱因斯坦的探索统一场的努力变成了徒劳，在爱因斯坦生命渐渐老去的过程中，我们只能无奈的叹息。
我要告诉你的是：任何东西都不是绝对完美的，都会留有遗憾。
气体中的放电现象
早在18世纪上半叶，德国的文克勒先生，就曾经用一架起电机，使在抽去了一部分空气的玻璃瓶里，因放电而产生了一种前所未见的光。令人遗憾的是，文克勒只是记录下了这种神秘的光，却没有能够深入持久地研究下去。
19世纪30年代，法拉第也饶有兴趣地注意到了低压气体中的神秘的放电现象。他并且还企图来试验一下真空放电。然而，由于无法获得高真空，他的这一想法也只能流产。接下来，历史的重任又落到了德国波恩大学的普吕克尔的肩上。普吕克尔总是在思考着这样一个问题：当电在不同的大气压下，通过空气或者其他气体的时候，究竟会发生什么样的现象呢？这个问题苦苦地折磨着他。他告诉自己一定要找出答案，要想找到问题的答案，得需要一个玻璃管，而且在管的两端封入装上输入电流用的金属体，并需要能把玻璃管内的压力减少到最低值的抽气泵，于是，普吕克尔找到了优秀的玻璃工匠盖斯勒先生。盖斯勒先生没有辜负普吕克尔的殷切厚望，成功地研制出稀薄气体放电用的玻璃管。利用这个玻璃管，普吕克尔实现了低压放电发光，再次捕捉到了那道神秘的电光，并把这种电光深深地铭刻在心。
可是，科学的道路永无止境。盖斯勒不无遗憾地发现，抽空的玻璃管放电发光的亮度不同，是同玻璃管抽成真空的程度有关系的。而普吕克尔也希望有一台真正的抽气机，从而创造出一段绝对的真空啊！在科学史上，托里拆利曾经用水银代替水，形成了“托里拆利真空”，这对盖斯勒震动很大，他因此则设想，流水式抽气泵要是改用流汞效果一定会更好一些的。盖斯勒找来了有关抽气机用水银的大量资料，又经过无数次试验，最后决定利用水银比水大13倍的密度差，来提高流水式抽气泵的性能。功夫不负有心人。无数次的失败以后，盖斯勒终于研制成功一种实用、简单而且可靠的水银泵，用这种泵几乎可以全部抽空玻璃管中的空气，人类制造真空的梦想终于成真。用水银泵抽成真空的低压放电管，使普吕克尔先生完成了对低压放电现象的研究。后人为了纪念这位不同寻常的玻璃工人，就把低压放电管命名为“盖斯勒管”。
普吕克尔利用盖斯勒管进行了一系列的低压放电实验，他一次又一次地为盖斯勒管阴极管壁上所出现的美丽的绿色辉光而叹为观止。然而，为科学事业贡献了毕生精力的普吕克尔先生，因劳累过度，心脏停止了跳动。他的学生约翰·希托夫和一位英国物理学家威廉·克鲁克斯成了普吕克尔的这一未竟事业的继承者。当他们把一只装有铂电极的玻璃管，用抽气机逐渐地抽空的时候，他们发现，管内的放电在性质上，经历了许多次的变化，最后在玻璃管壁上或管内的其他固体上产生了磷光效应。
希托夫经过反复的实验证明，置放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影。同时，从阴极发射出来的光线能够产生荧光，当它碰到玻璃管壁或者硫化锌等物质的时候，这种光就更强。戈尔茨坦重复并证实了希托夫的实验结果，并且把这种从阴极发射出的能产生荧光的射线，正式命名为“阴极射线”。
克鲁克斯也提供了他所获得的证据，比如说，这些射线在磁场中发生偏转，这就说明它们是由阴极射出的荷电质点，因撞击而产生磷光。人们还发现了阴极射线的一系列物理现象。
阴极射线的发现，犹如晴空里一声霹雳，引出了诸如X射线、放射性和电子等一系列重大的发现。对物理科学的发展起到了重要的作用。