相對論，這一在20世紀物理學裡居於中心地位的輝煌成就，其思想並非由愛因斯坦首創。相對性原理作為物理定律的基礎已有3個世紀之久，這通常歸功於伽利略，而實際上給出正確表述的是笛卡兒。

在對自然界的研究中運用相對性原理，意味著可以合理地期望對物理現象的表述而不依賴於觀測者的位置和運動。如果各個觀測者得到的物理定律具有同樣形式，他們所取的參考系就是等價的。

伽利略已經注意到這樣兩個人所作的觀測的等價性：一個在一條停靠港口即相對於陸地靜止的船裡，另一個在一條沿直線勻速駛離港口的船裡，每人都從艙裡1米高處釋放一隻球，則兩球都豎直下落，經歷的時間都是0.45秒。

伽利略知道，由於地球是圓的，駛離港口的船在作圓周運動。受圓形為完美的古老思想影響，他因此斷定圓周運動是物體的自然狀態，與靜止不可區分。笛卡兒也認識到，均勻平動，即無限直線上的勻速運動，與靜止不可區分。現代人都有這樣的體驗，坐在停著的火車裡看旁邊一列開動的火車，會覺得自己的車在朝相反方向開動。

這些現象雖然簡單，卻包含著深刻意義，因為它們表明靜止與勻速運動之間並無差別。靜止是一種慣性狀態，與之等價的勻速運動就也是慣性狀態。

慣性原理可以表述如下：一個自由物體，即不受任何力的物體，以恆定速度運動。

地球本身幾乎是一個理想的慣性參考系，因為對於通常實驗室裡時間不長的實驗來說，地球繞太陽的轉動可以近似看作以30公里/秒的恆定速度沿直線運動。考慮到地球的自轉，可以透過選定指向遙遠恆星的方向來建立地球慣性系。