20世紀初頭の物理学では、力学の理論的な帰結であるニュートン力学と、電磁気学の理論的な帰結であるマクスウェルの方程式が矛盾することが理論面での大きな障害となっていた。
真空中の電磁波（光）の速度（光速）が、座標系の採り方によらず一定であることが示されていた。 上記の人の代わりに電磁波（光）を使うとすると、マクスウェルの方程式からは、真空中の乗り物の中からみた光の速度 VR と、真空中の乗り物外部から見た光の速度 VS は等しい。つまり、VS = VR でなければならない。 これをもとにヘンドリック・ローレンツは1900年に「マクスウェルの方程式から導かれる電磁気学の法則はローレンツ変換に対して不変である」（ローレンツ不変）ことを発見した。
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力学の法則はガリレイ不変であるが、電磁気学の法則はローレンツ不変であるという矛盾に対し、数学者のアンリ・ポアンカレはローレンツ変換に対して不変とした力学の法則を提示した。この力学では、光速に近い速度では物体の長さが減少するという「ローレンツ収縮」が導入されているなど、後の特殊相対性理論の萌芽的なものだったが、統一的な理論を創りあげるまでには至らなかった。
当時、エーテルという仮想の物質が空間に充満しており、電磁波はエーテルを媒体にして空間を伝播すると考えられていた。しかし、エーテルに対する地球の相対速度を検出すべく1881年に行われたマイケルソン・モーリーの実験では、そのような相対速度は検出されなかった。