El principio de relatividad sostiene que las leyes de la física funcionarán de la misma manera en condiciones similares, independientemente de la ubicación o velocidad del observador. El principio de relatividad no debe confundirse con las teorías de la relatividad general o especial, aunque esas teorías utilizan el principio como base. Esas teorías se desarrollaron en el siglo XX; el principio de relatividad se entendió mucho antes y fue ilustrado por Galileo en un famoso ejemplo conocido como «el barco de Galileo». La aplicación de Einstein del principio de relatividad a la luz llevó a sus revolucionarias teorías de la relatividad.
Durante siglos, la ciencia estuvo limitada por el modelo ptolemaico del universo, en el que se creía que todas las estrellas y cuerpos planetarios orbitaban la Tierra. Copérnico se dio cuenta en el siglo XVI de que el sol era un cuerpo central más probable, pero las autoridades religiosas y científicas se opusieron a esta creencia. Argumentaron que si la Tierra estuviera en movimiento, esto crearía efectos que los humanos podrían observar. Por ejemplo, un objeto caído de un edificio aterrizaría en algún lugar al oeste del edificio, porque el planeta había girado hacia el este durante el tiempo que el objeto estaba cayendo.
Galileo, escribiendo en 1632, refutó este argumento con el elocuente experimento mental «El barco de Galileo». En este ejemplo, las personas que viajan en mares tranquilos en un barco rápido no podrían saber si el barco estaba en movimiento o en reposo si estuvieran encerrados en una cabina sin ventanas. Cualquier objeto en la cabina, incluidos insectos voladores, pescado en un recipiente y una pelota lanzada, se movería igual sin importar el movimiento externo del barco. En otras palabras, su movimiento sería relativo a su entorno, no a factores externos. El mismo principio se aplica a la Tierra, razón por la cual las personas no son atropelladas por la fuerza de la rotación del planeta.
Sir Isaac Newton, trabajando más tarde ese mismo siglo, aplicó el principio de relatividad a otros cuerpos planetarios y la mecánica del movimiento en general. Esto le ayudó a formar sus propias teorías, que se convirtieron en la base de gran parte de la ciencia moderna. A lo largo de los siglos, el progreso de la ciencia generalmente se ha alejado de la reconfortante idea de que existe algún punto de referencia estable e invariable desde el cual se pueden medir todas las cosas. En cambio, la ciencia ha demostrado repetidamente que no existe un punto de referencia «fijo»; todo debe medirse en relación con otra cosa.
Incluso a principios del siglo XX, muchos científicos creían que el espacio estaba lleno de un medio estable llamado «éter». Sin embargo, Einstein y otros científicos se dieron cuenta de que el principio de la relatividad se aplicaba a todas las leyes de la física, lo que llevó a las famosas teorías de la relatividad. La esencia de estas teorías es que la materia, la energía, el tiempo e incluso el espacio en sí no son constantes, pero pueden cambiar en las condiciones adecuadas. Einstein se dio cuenta de que la velocidad de la luz era la única constante universal que podía usarse para medir y confirmar estas teorías. El modelo clásico de la nave de Galileo se ha aplicado a veces a naves espaciales para ilustrar el principio según el cual el movimiento de un objeto en el espacio solo puede medirse en relación con otros objetos.