Današnje razumijevanje vremena počinje na Einsteinovim teorijama relativnosti. Prije njih vrijeme se smatralo apsolutnim i univerzalnim, istim za svakoga bez obzira na to pod kojim se fizikalnim uvjetima nalazio. U svojoj Specijalnoj teoriji relativnosti Einstein je ustvrdio da mjereni interval između dva događaja ovisi o promatračevu kretanju. To znači da bi dva promatrača koji se kreću različitim brzinama izmjerili drugačije trajanje između ista dva događaja.

To nas dovodi do efekta poznatog kao vremenska dilatacija (rastezanje ili širenje) do kojeg dolazi uvijek kad se dva promatrača, jedan u odnosu na drugoga, kreću. U svakodnevnom životu to izobličenje ne primjećujemo jer je efekt očigledan tek pri brzinama bliskim brzini svjetlosti. Čak i brzine zrakoplova dovode do vremenske dilatacije od tek nekoliko nanosekundi. Atomski satovi dovoljno su precizni da mogu potvrditi da takav pomak zaista postoji i da se vrijeme zaista „rasteže“ kretanjem. Najjednostavnije rečeno, što se brže krećete, promatraču koji stoji i mjeri vrijeme čini se da je u vašem sustavu prošlo manje vremena nego u njegovom. Značajnije pojave dilatacije vremena moguće je opaziti tek pri promatranju subatomskih čestica. Njih se može u velikim uređajima za ubrzavanje (akceleratorima) ubrzati skoro do brzine svjetlosti. Neke od tih čestica, poput muona, imaju „ugrađen sat“ – nestaju za točno određeno vrijeme. U skladu s Einsteinovom teorijom relativnosti, ubrzani muoni postoje puno dulje od svoga roka trajanja, jer se u odnosu na nas gibaju brzinama bliskima brzini svjetlosti, pa je vrijeme njihova postojanja – mjereno iz našeg sustava – produljeno, odnosno dilatirano.