Die aufgrund der Relativgeschwindigkeit beobachtete Zeitdilatation ergibt sich aus der speziellen Relativitätstheorie. Wenn sich zwei Beobachter, Janet und Jim, in entgegengesetzte Richtungen bewegen und beim Vorbeigehen feststellen, dass die Uhr der anderen Person langsamer tickt als ihre eigene. Wenn Judy mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung neben Janet rennen würde, würden ihre Uhren ticken mit der gleichen Geschwindigkeit, während Jim in die entgegengesetzte Richtung geht und sieht, dass beide langsamer ticken Uhren. Die Zeit scheint für die beobachtete Person langsamer zu vergehen als für den Beobachter.
Die Zeitdilatation aufgrund unterschiedlicher Abstände von einer Gravitationsmasse wird in der allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben. Je näher Sie einer Gravitationsmasse sind, desto langsamer scheint Ihre Uhr für einen weiter von der Masse entfernten Beobachter zu ticken. Wenn sich ein Raumschiff einem schwarzen Loch mit extremer Masse nähert, sehen Beobachter, wie sich die Zeit verlangsamt, um für sie zu kriechen.
Diese beiden Formen der Zeitdilatation ergeben zusammen einen Satelliten, der einen Planeten umkreist. Einerseits verlangsamt ihre Relativgeschwindigkeit zu Beobachtern am Boden die Zeit für den Satelliten. Aber die größere Entfernung vom Planeten bedeutet, dass die Zeit auf dem Satelliten schneller vergeht als auf der Oberfläche des Planeten. Diese Effekte können sich gegenseitig aufheben, können aber auch bedeuten, dass ein niedrigerer Satellit langsamer laufende Uhren hat relativ zur Oberfläche, während höher umlaufende Satelliten Uhren haben, die relativ zur Oberfläche schneller laufen Oberfläche.
Die Auswirkungen der Zeitdilatation werden häufig in Science-Fiction-Geschichten verwendet, die mindestens bis in die 1930er Jahre zurückreichen. Eines der frühesten und bekanntesten Gedankenexperimente zur Zeitdilatation ist das berühmte Zwillingsparadoxon, was die merkwürdigen Auswirkungen der Zeitdilatation in ihrer extremsten Form zeigt.
Die Zeitdilatation wird am deutlichsten, wenn sich eines der Objekte mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, sie manifestiert sich jedoch bei noch langsameren Geschwindigkeiten. Hier sind nur einige Möglichkeiten, wie wir wissen, dass tatsächlich eine Zeitdilatation stattfindet: