Еще одним мысленным примером Эйнштейн показал, что пространство и время тесно связаны, но связь эта видна лишь тогда, когда тело двигается на космической скорости, сравнимой со световой. Если член экипажа челнока, летящего со скоростью, составляющей ⅔ световой, пустит лазерный луч вертикально на зеркальный свод — свет отразится так же вертикально. Однако пассажиру неподвижного корабля покажется, будто излучение и его отражение идут по диагонали. Значит, и траектория, и длина луча, и время его распространения для подвижного и статичного наблюдателей будут неодинаковыми.
Таким образом, в своей специальной теории относительности (СТО) ученый установил единство пространства и времени. Раньше считалось, будто Вселенная трехмерна, то есть характеризуется лишь длиной, шириной и высотой. Однако Эйнштейн настаивал, что эти три измерения не могут существовать отдельно от четвертого — времени — и что все они представляют собой ткань пространственно-временнóго континуума.
Через 10 лет, в 1915–1916 гг., Эйнштейн углубил СТО и создал свою теорию гравитации — общую теорию относительности (ОТО). Идея заключалась в том, что действия ускорения и силы тяжести идентичны, а все эффекты гравитации возникают не из-за силового взаимодействия тел, а по причине искривления самого пространства-времени, на котором объекты своей массой оставляют «вмятины». Гравитация изменяет геометрические свойства пространства-времени, что воздействует на движение всех тел. Например, брошенные параллельно мячи создают «вмятину» в ткани пространства-времени и постепенно «скатываются» в одну точку.
Позже экспериментально было доказано, что вблизи очень массивных объектов пространство деформируется, время течет медленнее, а световые лучи поглощаются: гравитационное поле таких тел очень сильное, и свет просто не может его обойти. За способность поглощать свет подобные сверхмассивные объекты были названы «черными дырами».
В отличие от И. Ньютона, который с уверенностью заявлял, что планетарные орбиты в Солнечной системе находятся на одном месте, Эйнштейн догадывался: сила тяготения Солнца медленно, но верно заставляет орбиты сдвигаться. Эта эпохальная мысль привела к тому, что закон всемирного тяготения Ньютона был пересмотрен.
В 1914 г. Эйнштейн возглавил Берлинский институт физики, но в 1933 г. из-за антисемитской политики нацистов вынужден был эмигрировать в США. Накануне Второй мировой войны ученый стал одним из тех, кто послал президенту Ф. Рузвельту письмо с предупреждением о том, что фашисты пытаются создать бомбу огромной разрушительной силы (речь шла, конечно же, об атомной бомбе, разработка которой стала возможна именно благодаря открытию Эйнштейна). Рузвельт решил, что Америка тоже должна создать такую бомбу, и это дало старт гонке вооружений — хотя сам Эйнштейн был пацифистом и впоследствии выступал против ядерных разработок.