在廣義相對論之前1905 年 Albert Einstein 發表了 special theory of relativity，說明有關觀測者與物體彼此間有相對速度時的情形
相對論：
Your description of physical reality is the same regardless of the velocity at which you move.
也就是說，只要你做直線等速運動，那麼你所經驗到的物理定律和任何做等速直線的人所經驗到的都一樣
Regardless of your speed or direction, you always measure the speed of light to be the same.
也就是說，即使你以 95% 光速的速度前進，所量到的光的速度，會和站在路邊量到的一樣
基於狹義相對論，觀察到的現象（經過無數實驗證實）：相對於靜止的物體，運動中的物體在運動方向的長度會縮小、質量會變大、時間會變慢。
我們都知道我們是活在三度空間的世界，所謂的三度空間就是我們居住的立體世界，假若再加上時間，便是一個擁有四度(或四維)時空的世界。這種我們一般所認知的空間與時間的概念又稱為歐幾里德時空。在過去，人類一直以為空間和時間是截然不同的觀念，直至愛恩斯坦發表了狹義相對論，我們才赫然發現原來時間和空間是一個密不可分的時空連續體spacetime continuum。
一件事件發生的地點和時間，對以不同速度移動的人(或者說不同參考系( Frames of Reference ) ) 來說是不同的。例如在一艘太空船中間向船頭和船尾同時各發射一束光線 ，對太空船內的人來說，這兩束光線當然會同一時間到達，但對一個在地球上的觀察者看來，由於太空船正向前移動，當然是向船尾的光線會首先到達。換句話說，對一個參考系的觀測者來說是「同時發生」的事，對其他參考系的觀測者來說卻「並不是同時發生」！
在狹義相對論之後，愛因斯坦發表了廣義相對論，更進一步地指出，原來我們一直認為不變和絕對的時空，竟然可以像「橡皮膠」一樣扭曲、拉長、壓扁、甚至刺一個洞。
1915年，愛因斯坦發表「廣義相對論」，闡述重力（就是牛頓所提的「萬有引力」）的本質是導因於物質的分布而彎曲了鄰近的時間─空間結構。當另一物質在此凹陷彎曲的時空結構中運行時，它的行進行為、路徑正如被凹陷彎曲時空中的物質吸引般的偏折，甚至陷入其中。換言之，宇宙中像星體般的巨大質量，附近空間會形成巨大彎曲，當鄰近的物質接近而陷進彎曲的空間時，正可以解釋為什麼有一種稱為重力的力量會吸引鄰近的物質。物體在外太空中前進，除非進入行星或恒星的重力場所形成的時空彎曲範圍內，否則它將永遠循直線運行。物體以高速前進時，若受重力場影響，將會偏離原路徑。當物體以低速接近此星體時，將會被牽引成橢圓軌道而繞此星球運行。更慢的物體靠近時，則可能會直接撞擊這星體。
廣義相對論最重要的是導出引力其實是時空的扭曲。為何有地球有地心吸力？牛頓會告訴我們是因為地球有一股引力至地球發出,吸引其他物件。可是愛恩斯坦的廣義相對論指出這個宇宙其實是由時空構成，大質量或大能量的物體會把其附近的時空扭曲，這些扭曲的時空會形成引力場，又要具體一點解釋，我們可以設想宇宙是一塊很大很平的橡膠，一些有質量的物體，如一個鉛球放上這塊橡膠會導致橡膠凹下去少許，這個凹下去的部份就是該鉛球的引力場，當然引力場大小(即引力的強弱)取決於該物體的質量。也就是說，質量會扭曲其附近的時空，質量越大，影響越明顯。
廣義相對論的一個實際應用便是重力透鏡(gravatational lens effect)。其實我們白天見到的星和晚上見到的星的位置是有點不同，在白天的時候,星光要經過太陽才可到達地球，逢是有質量的物體都會有一個引力場，白天的星光通過太陽的引力場會被偏折，而我們會見到星與星的距離比較遠，這個現象叫重力透鏡效應。
一群科學家在1916年一次日食的前夕，拍攝了一組夜晚的群星相片，次日在逢日全食的時候，在同一地又拍攝這組群星相片。比較之下正如愛因斯坦廣義相對論的假想實驗之預測，發現第二張照片的星星位置已經移動了。也就是說，原本以為日食時無法見到當時太陽後面所掩住的星光，但照片所呈現日食當時仍觀測到了這顆星星，照片上顯示觀測當時星星有偏離原來位置的現象，驗證了「時空是隨著物質的分布而彎曲」的論點。換言之，從重力能使光的行進路徑產生偏折的觀測中，知道物質附近的時間─空間結構是彎曲的。
黑洞與廣義相對論
黑洞的概念是由愛因斯坦廣義相對論所推導出來的結論：一個核反應完全停止的星體，無力頂住萬有引力而坍縮；當原子被壓破時，就會變成白矮星，而恆星量較大時，則還會敲開原子核，變成擠成一團、密度更大百萬倍的中子星；如果坍縮的恆星質量更大時，則坍縮還會進行下去，所有物質會無可避免、永遠坍縮下去，所有質量將集中在一個沒有大小的「奇異點」上。不了解廣義相對論，便不能真正了解黑洞。
如同之前所說，廣義相對論的中心思想是質量會扭曲其附近的時空；而黑洞本身的特質，是為極大的質量集中在極小的區域內，因此黑洞是一個具有極大質量與引力的星體，其引力大到使光線路徑扭曲的程度，足以令光線無法逃跑。我們可以想像，根據廣義相對論，這種極大的質量也足以使其附近的時間與空間產生相當程度的扭曲。
永久性重力的強度不同的地方，時間經過的速度也會不一樣。之前說過，對於不同的參考系座標來說，時間並不是同時發生的；根據相當原理，我們把永久性重力強的地方比喻成加速度大的太空船上，弱的地方等於加速度小的太空船上。所以永久性重力強的地方的時間的經過比弱的地方緩慢。根據一般相對論，由無重力場的人看，無重力場的時間經過速度會變慢。可是由重力場的人看，無重力場的時間經過速度比較快。
假若有人跌進了黑洞，會發生什麼事呢？首先，如果我們在遠處觀察，會發覺開始時就如一切向下跌的物體一樣，他跌進黑洞的速度會越來越快。當他接近黑洞時，這時，由於黑洞為重力極大之處，相對的我們的位置就處於重力場極小，以至於為無重力場，我們由無重力場看重力場時間的經過速度會變慢，因此會發現這個人開始減速，越接近事像地平面，他的速度便越慢，到最後更似乎停留不動，永遠不能達到事像地平面。
然而，若從這個跌落黑洞的人的角度來看的話，情況便完全不同。他會在極短的時間內朝黑洞中心-奇異點-飛去，所看到的黑洞會越來越大，而整個宇宙則是被拋在後面縮成一角，然後在極短極短的時間內，甚至來不及感覺，便會撞上奇異點。
愛因斯坦的一般相對論告訴我們，加速度中的太空船內部的空間是一種彎曲的空間，歐幾里得幾何學不能成立(等速運動中的太空船不過是現行進方向縮短而已，空間沒有彎曲)。換句話說，暫時性重力會使空間彎曲。那麼，根據相對等原理，永久性重力也應該使空間彎曲。如地球、太陽、星星的周圍空間也是彎曲的；而重力極大的黑洞，周圍的空間當然也是彎曲的。
然而空間的彎曲卻是看不到的。我們看得到面(二次元空間)的彎曲，因為我們生活在三次元空間。如果有生物生活在二次元空間的話，那麼牠便看不到面的彎曲。以此類推，唯有生活在四次元空間的生物，看的到空間的彎曲，生活在三次元空間的我們，當然看不到空間的彎曲。
雖然看不到，但是我們可以藉由著相對論來假想空間的彎曲；若我們把空間的彎曲程度用一曲率來表示，則在黑洞附近的曲率，是由外到內曲率越來越高。
我們假設一艘朝黑洞飛去的太空梭，把這艘太空梭當作成空間，看它會如何變化。若是在一個小型黑洞，由於極大的質量集聚在很小的空間中，物質密度變化相當大，重力變化的斜率也很大，則我們會看到太空梭被拉長成麵條一樣，被吸入黑洞裡。若是在一個大型黑洞，則我們看到的太空梭會緩緩的接近黑洞，等到快到達奇異點時，同樣的，太空梭也會被拉長吸入。
綜而言之，黑洞附近的空間與時間是扭曲變形的，有別於我們一般對時間與空間的認知；在廣義相對論的觀點而言，這是因為重力對附近時空所造成的影響。然而，有一點我們必須知道的：對於黑洞的結構、形成，乃至於其附近的時空變化，絕大部分都只是理論性的推斷。因為，雖然我們已經證實了黑洞的存在，但是還沒有任何人、或機器，親眼看過或實際測量過－黑洞－這個神秘的星體！