相対性理論
特殊論・一般論ともアルベルト・アインシュタインにより記述された。まず、等速運動する慣性系の間において物理法則は互いに不変であるはずという原理（相対性原理）と光速度不変の原理から導かれたのが、特殊相対性理論である（1905年）。特殊相対性理論は、時間と空間に関する相互間の変換が、相対速度が光速に近づくと、従来のいわゆる「ニュートン時空」的に信じられていたガリレイ変換の結果とは違ったものになること、そういった場合にはローレンツ変換が正しい変換であることを示した（「ミンコフスキー時空」）。
操作主義
従来は、どちらの操作でも同じ結果を得ていたことから、人々は違いについて注意を払ってこなかった。しかし、アインシュタインの重要な洞察によって、2つの操作は深いレベルで等価であるがゆえに常に同じ結果を生み出すのだ、という等価原理という仮定がなされた。そのような仮説を推測していった結果、生まれたのが一般相対性理論である。このようにして、科学的測定の操作的定義というものを吟味していくことによって、科学におけるブレイクスルーが達成された。