Relative Geschwindigkeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit und Richtung eines Objekts in Bezug auf eine andere Referenz. Es gibt keine Standardreferenz für eine relative Geschwindigkeit; Einige Referenzen, wie z. B. der Boden, sind jedoch viel bequemer als andere. Aufgrund dieses Prinzips ist es möglich, dasselbe Objekt mit mehreren unterschiedlichen Geschwindigkeiten mit jeweils unterschiedlichem Bezugssystem zu beschreiben. Die Lichtgeschwindigkeit ist in diesem Sinne jedoch keine Relativgeschwindigkeit.
Normalerweise müssen alle Geschwindigkeiten relativ zu einem Trägheitsbezugssystem sein. Jeder Referenzrahmen im Raum, der sich nicht beschleunigt, ist gleichermaßen geeignet. Die Erdoberfläche ist eine gute Näherung für ein Trägheitsbezugssystem, wenn die Entfernungen nicht zu groß sind. Dies liegt daran, dass kleine Bereiche davon flach und stationär erscheinen; das heißt, Objekte scheinen in Ruhe zu sein, wenn sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Boden bewegen. Wenn die Entfernungen zu groß werden, ist es nicht mehr sinnvoll, Geschwindigkeiten relativ zum Boden anzugeben – aufgrund der Erdrotation bewegen sich verschiedene Teile der Erde in unterschiedliche Richtungen.
Es versteht sich beispielsweise, dass eine Geschwindigkeit von 70 km/h auf der Autobahn relativ zum „ruhenden“ Boden ist. Dies liegt daran, dass sich die Erdoberfläche um ihren Kern dreht und die Erde um die Sonne reist. Das Sonnensystem selbst dreht sich um das Zentrum der Milchstraße und so weiter. Daher ist eine Geschwindigkeit nur dann nützlich, wenn sie relativ zu einem Referenzrahmen ist. Eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf Autobahnen ist eigentlich eine relative Geschwindigkeitsbegrenzung.
Der dänische Astronom Ole Christensen Rømer maß erstmals 1676 die Lichtgeschwindigkeit. Er verglich die Zeit, die das Licht brauchte, um vom Jupitermond Io zu reisen, wenn die Erde sich in verschiedenen Entfernungen davon befand. Als die Erde weiter vom Jupiter entfernt war, dauerte es merklich länger, bis das Licht ankam. Rømer weiß jedoch nicht, dass sich Licht nicht wie gewöhnliche Materie verhält. Die Geschwindigkeit des Lichts und aller elektromagnetischen Strahlung ist konstant, unabhängig davon, wer sie beobachtet.
1905 stellte der deutsche Physiker Albert Einstein die Theorie vor, dass die Bewegung eines Beobachters die Lichtgeschwindigkeit nicht beeinflusst. Dieser Durchbruch diente als Grundlage für die spezielle Relativitätstheorie. Ihre Implikationen, die im Alltag nicht allgemein spürbar sind, sind im Bereich der Physik weitreichend. Im Wesentlichen bedeutet das Prinzip, dass die Lichtgeschwindigkeit keine Relativgeschwindigkeit im bisherigen Sinne ist. Vielmehr hängt die Zeit selbst von der Bewegung eines Beobachters ab.