Die Zeitdilatation ist ein wissenschaftliches Phänomen, das gemäß der Relativitätstheorie auftritt. Wenn zwei Beobachter anwesend sind, wird jeder die Zeit anders erleben als der andere, was dazu führt, dass jeder glaubt, dass die Zeiterfahrung des anderen falsch ist. Zeitdilatation kann entweder durch einen relativen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Beobachtern oder durch ihren Abstandsunterschied in Bezug auf eine große Masse erzeugt werden. Die erste Situation wird als Relativgeschwindigkeits-Zeitdilatation bezeichnet und die zweite als Gravitations-Zeitdilatation.
Jede Zeitdilatation, die durch einen relativen Geschwindigkeitsunterschied verursacht wird, lässt einen Beobachter glauben, dass die Zeit für den zweiten Beobachter langsamer läuft. In dieser Anordnung müssen die beiden Beobachter weit entfernt von allen Gravitationsmassen sein und sie müssen sich mit signifikanten Geschwindigkeiten bewegen, damit der Effekt signifikant genug ist, um erkannt zu werden. Höhere Geschwindigkeiten erhöhen die für die Beobachter erfahrene Zeitdilatation.
Jeder Beobachter trägt eine Uhr und beobachtet die Uhr des anderen Beobachters in Bezug auf seine eigene Uhr. Aufgrund der relativen Geschwindigkeiten scheint sich die Zeit in der anderen Uhr relativ zur lokalen Uhr zu verlängern oder zu verlangsamen. Dieses Phänomen wird von beiden Individuen wahrgenommen und beide Beobachter werden das Gefühl haben, dass sich die andere Uhr im Vergleich zu ihren eigenen Uhren langsamer bewegt.
Die Gravitationszeitdilatation ist der zweite Typ, der von der Relativität beschrieben wird. In dieser Situation ruhen zwei Beobachter zueinander und zu einer gravitativen Masse. Beide Beobachter befinden sich in unterschiedlichen Abständen von der Masse, die signifikant genug sind, um die Erfahrung der Zeitdilatation zu ermöglichen. Der Beobachter, der sich näher an der Masse befindet, erfährt eine stärkere Anziehungskraft von der Masse im Vergleich zum Beobachter, der weiter entfernt ist. Die Gravitationskraft der Masse wird manchmal als Gravitationsbrunnen bezeichnet, und der erste Beobachter wird als tiefer im Brunnen beschrieben als der zweite Beobachter.
Zur Zeiterfassung tragen die beiden Beobachter jeweils eine Uhr bei sich. Der erste Beobachter, der näher an der Gravitationsmasse ist, wird die Uhr des anderen Beobachters als schneller empfinden als seine eigene Uhr, während der zweite Beobachter die Uhr des ersten Beobachters als langsamer als seine eigene Uhr empfindet. Jeder Beobachter empfindet die lokale Uhr immer noch als die richtige Zeitaufzeichnung. Anders als in der relativen Geschwindigkeitssituation sind sich die Beobachter in dieser Situation einig, dass eine Uhr die langsamere ist, während die andere die schnellere ist.