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方程，由波動方程解出真空中的光速是一個常數(shù)。按照經(jīng)典力學(xué)的時空觀，這個結(jié)論應(yīng)當(dāng)只在某個特定的慣性參照系中成立，這個參照系就是以太。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-莫雷實驗測量不到地球相對于以太參照系的運動速度。1904年，洛倫茲提出了洛倫茲變換用于解釋邁克耳孫-莫雷實驗的結(jié)果。根據(jù)他的設(shè)想，觀察者相對于以太以一定速度運動時，長度在運動方向上發(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-莫雷實驗的零結(jié)果。

洛倫茲提出洛倫茲變換是基于以太存在的前提的，然而以太被證實是不存在的，根據(jù)光速不變原理，相對于任何慣性參照系，光速都具有相同的數(shù)值。愛因斯坦據(jù)此提出了狹義相對論。在狹義相對論中，空間和時間并不相互獨立，而是一個統(tǒng)一的四維時空整體，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動的宏觀物體在不同慣性參照系之間進(jìn)行時空坐標(biāo)變換的基本規(guī)律。當(dāng)相對速度v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速c時，洛倫茲變換退化為經(jīng)典力學(xué)中的伽利略變換:

所以，狹義相對論與經(jīng)典力學(xué)并不矛盾，狹義相對論將經(jīng)典力學(xué)擴(kuò)展到了宏觀物體在一切運動速度下的普遍情況，經(jīng)典力學(xué)只是相對論在低速時（v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c）的近似情況。一般在處理運動速度不太高的物體時（如天體力學(xué)中計算行星的運行軌道），不需考慮到相對論效應(yīng)，因為用相對論進(jìn)行處理時計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)處理高速運動的物理時，比如高能加速器中的電子，則必須要考慮相對論效應(yīng)對結(jié)果帶來的修正。

在狹義相對論中，某一事件可以用帶有四個參數(shù)的時空坐標(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。