19世紀(jì)后期建立了麥克斯韋方程組，標(biāo)志著經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)取得了巨大成功。然而麥克斯韋方程組在經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換下并不是協(xié)變的。

由麥克斯韋方程組可以得到電磁波的波動(dòng)方程，由波動(dòng)方程解出真空中的光速是一個(gè)常數(shù)。按照經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀，這個(gè)結(jié)論應(yīng)當(dāng)只在某個(gè)特定的慣性參照系中成立，這個(gè)參照系就是以太。其它參照系中測量到的光速是以太中光速與觀察者所在參照系相對(duì)以太參照系的速度的矢量疊加。然而1887年的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)測量不到地球相對(duì)于以太參照系的運(yùn)動(dòng)速度。1904年，洛倫茲提出了洛倫茲變換用于解釋邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。根據(jù)他的設(shè)想，觀察者相對(duì)于以太以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，長度在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生收縮，抵消了不同方向上由于光速差異，這樣就解釋了邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果。

洛倫茲提出洛倫茲變換是基于以太存在的前提的，然而以太被證實(shí)是不存在的，根據(jù)光速不變原理，相對(duì)于任何慣性參照系，光速都具有相同的數(shù)值。愛因斯坦據(jù)此提出了狹義相對(duì)論。在狹義相對(duì)論中，空間和時(shí)間并不相互獨(dú)立，而是一個(gè)統(tǒng)一的四維時(shí)空整體，不同慣性參照系之間的變換關(guān)系式與洛倫茲變換在數(shù)學(xué)表達(dá)式上是一致的，即：

其中x、y、z、t分別是

由

洛倫茲變換是高速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體在不同慣性參照系之間進(jìn)行時(shí)空坐標(biāo)變換的基本規(guī)律。當(dāng)相對(duì)速度v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速c時(shí)，洛倫茲變換退化為經(jīng)典力學(xué)中的伽利略變換:

所以，狹義相對(duì)論與經(jīng)典力學(xué)并不矛盾，狹義相對(duì)論將經(jīng)典力學(xué)擴(kuò)展到了宏觀物體在一切運(yùn)動(dòng)速度下的普遍情況，經(jīng)典力學(xué)只是相對(duì)論在低速時(shí)（v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c）的近似情況。一般在處理運(yùn)動(dòng)速度不太高的物體時(shí)（如天體力學(xué)中計(jì)算行星的運(yùn)行軌道），不需考慮到相對(duì)論效應(yīng)，因?yàn)橛孟鄬?duì)論進(jìn)行處理時(shí)計(jì)算往往變得非常繁瑣，而結(jié)果與經(jīng)典情況相差不大。當(dāng)處理高速運(yùn)動(dòng)的物理時(shí)，比如高能加速器中的電子，則必須要考慮相對(duì)論效應(yīng)對(duì)結(jié)果帶來的修正。

在狹義相對(duì)論中，某一事件可以用帶有四個(gè)參數(shù)的時(shí)空坐標(biāo)（t,x,y,z）來描述，洛倫茲變換就是在不同慣性參考系中觀察同一事件的時(shí)空坐標(biāo)變換關(guān)系，并且是滿足四維空間中間隔（s²=c²t²-x²-y²-z²）不變的變換。如果將x、y、z記成x¹、x²、x³，并且令：

那么洛倫茲變換可以寫成如下的矩陣形式：

其中

，稱為洛倫茲因子。