זוהי המסגרת התיאורטית המסבירה את התנהגות היקום ברמה, כלומר, ברמה של גלקסיות, כוכבי לכת, כוכבים או מערכות סולאריות ואחרים שמימיים גופים. כל תיאוריית תנועה המנסה להסביר את האופן שבו נראה שמהירויות (ותופעות קשורות) משתנות בין צופה אחד למשנהו תהיה תיאוריית יחסיות.
גם תורת תורת היחסות הכללית וגם תורת היחסות המיוחדת. שניהם הוצגו על ידי המדען אלברט איינשטיין בתחילת המאה ה -20.
שתי תיאוריות היחסות הניחו את היסודות של מודרנית פיזיקה ובזכותם הצלחנו להבין טוב יותר כיצד פועל היקום, כמו גם את מבנה המרחב זמן.
תורת היחסות המיוחדת: ראשית נאמר: שמהירות האור היא קבועה, כלומר לא משנה באיזו מסגרת התייחסות משתמשים, מהירות האור אינה משתנה.
באופן דומה, ישנם קבועים אחרים: המטען החשמלי ושלב הגל.
שנית: איינשטיין מכריז שיש מימד רביעי: זמן, לכן היקום נמצא במה שמכונה כרונוטופ או זמן-זמן, זה הופך קבוע מלבד הקודם: המרחק בין שתי נקודות ביקום זה לא משתנה במרחב-זמן, כדי שזה יקרה, אם שתי נקודות מתרחקות זו מזו, הזמן והמרחב מעוותים, ושומרים על זמן קבוע.
שלישית: מסה ואנרגיה שוות ערך, שממנו באה המשוואה E = mc2, שתתרגם כאנרגיית הגוף (במנוחה) שווה למסת הגוף כפול מהירות האור המועלת לכוח השני.
רביעית: טרנספורמציות לורנץ, שהיו סקרנות מתמטית מכיוון שכמעט כל התורמים והמתמטיקאים מכירים אותם אך ידעו בדיוק כיצד להשתמש בהם, שימשו איינשטיין במקום טרנספורמציות גליאו (המשמשות את ניוטון) כדי להסביר תנועה יחסית איתם כדי להשיג שהמסה, אורך האובייקט והזמן משתנים במהירות, במילים אחרות, מסבירים את העיוות של זמן-המרחב. ככל טרנספורמציות גלילאו הם במקרה מסוים של טרנספורמציות לורנץ, נוכל לומר כי הניוטונית המכניקה היא מקרה פרטי של המכניקה היחסותית (או תורת היחסות).
חמישית: צופה לא יכול להבחין בין אם מסגרת ההתייחסות שלו היא ניידת או סטטית אלא אם כן מתרחשת תאוצה.
שישית: חוקי היקום חלים באותה מידה בכל מסגרת אינרציאלית.
זה הפך להיות הכרחי, כאשר לא ניתן היה להסביר חריגות מסוימות ביקום על פי המכניקה הניוטונית או הפיזיקה הקלאסית. יש בו כמה קדמונים כמו טרנספורמציות לורנץ, העובדה שמהירות האור אינה משתנה בשום מסגרת התייחסות, העובדה שמרקורי חורג מהמסלול שחזו קפלר וניוטון בלי קיומו של גוף אחר כדי למשוך אותו. זו לא הייתה השמש אם להזכיר כמה.
