無論是對非科學家還是對科學家來說，相對論簡直就是本世紀科學革命的同義語，而對於那些知情者來說，量子論（尤其是它的發展形式量子力學）是一次更為偉大的革命。我們將看到愛因斯坦作為科學家的偉大之處，他對這兩場革命都做出了根本性的貢獻。
談到相對論，我們必須記住有兩種不同的相對論理論：一是狹義相對論（1905），它研究時間，空間和同時性問題，由此推導出著名的質能關係式E＝mc2。二是廣義相對論（1915），它研究引力問題。儘管兩種相對論都是革命性的，但對相對論革命的探討主要集中在狹義相對論的結果上。然而，真正促成全世界對狹義相對論引起重視的事件是1919年廣義相對論的一個預言——星光經過太陽附近時，會因太陽引力場的作用而發生偏轉——獲得了證實。這次驗證是在一次日蝕時進行的天文觀測完成的，這一事件立即使相對論風靡全世界，而愛因斯坦也一夜之間成了家喻戶曉的人物。
狹義相對論
愛因斯坦於1905年首次提出狹義相對論原理，論文發表在《物理學年鑒》上，同年，他對狹義相對論作了重要補充，並為輻射問題建立了最初形式的質能關係式。1907年，愛因斯坦完成了一篇的相對論的綜述文章，其中包含一般形式的質能關係式E＝m2。他的卓越論文建立了全新的質量，時間和空間概念，並向明顯簡單的同時性觀念提出了挑戰。最初，愛因斯坦提出了"相對性原理"，並引進了"另一個假設"："在任何給定的慣性系統中，無論發光物體是處於靜止狀態還是在作勻速運動，光在真空中的傳播速度都是一個確定值C"。相對論的偉大意義在於，它拋棄了"絕對"時空觀以及空間充滿了以太的思想；而在當時，以太被視為是光和其它形態電磁波的傳播媒介。
現在看來，1905年6月愛因斯坦關於相對論的開創性論文在《物理學年鑒》上發表，是理論革命階段的典型例子。我們在第2章中已經看到，M．玻思1905－1906年間在哥廷根研究"運動物體的電動力學和光學"時，竟然從未聽說過愛因斯坦和他的工作。1906-1907年間，英國劍橋大學的情況亦是如此。根據愛因斯坦妹妹的回憶（佩斯1982，150-151），愛因斯坦當時"想像在有名的，擁有眾多讀者的雜誌上發表論文，便會立即引起注意"。當然，他期望"強烈的反對和最嚴厲的批評"，但缺少反響和"冷處理"反而使他"非常失望"。不久，他收到M．普朗克的一封信，就論文中幾處疑點提出問題，這使愛因斯坦感到"異乎尋常的高興"，因為普朗克是"當時最偉大的物理學家之一"。相對論後來迅速變成了物理學家感興趣的議論和研究課題。這種戲劇性轉變主要是由於普朗克較早且較深入地介入了相對論研究所引起的。愛因斯坦論文發表的第二年，普朗克就開始在柏林講授相對論理論，但他當時講演的基礎不是愛因斯坦的工作而是洛倫茲的電子論。1907年，普朗克的助手馮·勞厄（後來的諾貝爾獎金獲得者）發表了一篇關於相對論的專論。
1906年9月，普朗克在德國物理學會上發表了關於相對論的演講（同年刊登在雜誌上）；1907年，在普朗克的指導下，K．V．莫森格爾完成了第一篇專論相對論的博士論文（佩斯1982，150-151）。佩斯指出，早期介入這一領域的人實在是太少了。烏爾茨堡的Y．勞布和布萊斯勞（烏羅斯勞）的L．拉登伯格是為數不多的幾個例外。勞厄曾經來到伯爾尼拜訪愛因斯坦，他發現難以置信的是，這個年輕人"竟然是"相對論之父"。幾年後，馮·勞厄撰寫了一篇非常出色的介紹相對論的學術論文。馮·勞厄在1917年3月24日寫給愛因斯坦的信中，表達了對自己的物理學革命性工作的興奮之情："終於實現了！我的關於波動光學的革命觀點發表了"。他接著寫道：在"這一緊要關頭"，它們"無疑會激起每一個保守的物理學家最強烈的憎恨"；但"我仍然要堅持這些備受譴責的觀點"。
除了隊玻恩自己介紹了他是怎樣每一次聽說相對論的之外，我們還從L．英費爾德那裡了解到當時的一些情形。英費爾德（1950，44）曾談到他的朋友S．洛里亞教授告訴他的一件事，洛里亞的老師"克拉克大學的維特科夫斯基教授（他是一位非常偉大的教師）"讀了愛因斯坦1905年關於相對論的論文後，沖著洛里亞興奮地喊道："讀讀愛因斯坦的論文吧，又一個哥白尼誕生了！"又過了一段時間（玻恩說是1907年）洛里亞在一次物理學會議上遇到了玻恩，他向被恩談起愛因斯坦，並問他是否讀過那篇相對論論文。結果，"不光是玻恩，在場的每一位都從未聽說過愛因斯坦"。英費爾德的故事說，他們立即"跑到圖書館，從書架上取出《物理學年鑒》第17卷，開始讀起愛因斯坦的論文"。英費爾德說，M．玻恩立即認識到相對論的偉大，同時感到有必要對它進行數學形式化。英費爾德認為，玻思後來對相對論的研究工作，"是早期對這一科學領域做出的重要貢獻"。
最初，表示願意接受愛因斯坦狹義相對論的物理學家很少，因此不足以在世界範圍內引發一場科學革命。但德國理論物理學家中卻有一部分擁護者。1907年7月，普朗克在致愛因斯坦的信中說："相對論原理的倡導者僅僅形成了一個不大的圈子"，由此他堅信，他們之間"取得意見一致尤顯重要"（佩斯1982，151）。"相對論原理"既體現了普朗克個人偏愛的洛倫茲理論，也體現了愛因斯坦的相對論，然而，愛因斯坦的聲望在持續增長，儘管仍然緩慢，1907年秋，J．斯塔克（《放射性和電學年鑒》的編輯）寫信給愛因斯坦，要求他寫一篇相對論的評述文章。1906年普朗克曾使用過相對性理論的術語（米勒1981，88），但1907年愛因斯坦採用了今天人們更熟悉的名稱——相對論。第一篇引用愛因斯坦相對論論文的文章是W．考夫曼1905年撰寫的。他認為愛因斯坦的"研究……與洛倫茲的研究在形式上是相同的"，只不過後者有益於推廣。考夫曼最後說，他自己的實驗數據駁倒了愛因斯坦和洛倫茲的電子理論，我們將稍後再來研究這個問題。
lop年，B．愛倫菲斯特寫了一篇以愛因斯坦理論為主題的論文。第二年（1908），H．閔科夫斯基發表文章，把愛因斯坦理論從根本上轉化為數學形式，"大大簡化了狹義相對論"。經過這樣幾個步驟，理論革命才變成了真正的科學革命。佩斯（1983，152）指出，從1908年開始，愛因斯坦的名聲及影響迅速提高。
愛因斯坦的學術生涯開始坦蕩起來了。1909年春，他從伯爾尼瑞士專利局一個地位低微的審查員，一躍而成為蘇黎士大學理論物理學助理教授，這很明顯是由於他在固體量子論方面所做的工作。愛因斯坦的推薦人之一寫道：愛因斯坦"當屬最偉大的理論物理學家之列"（佩斯1982，185）。"由於相對論原理方面的工作，他正受到極其廣泛的重視"。lop年7月8日，愛因斯坦獲得了日內瓦大學的榮譽學位，同時獲得這項榮譽的還有化學家W．奧斯特瓦爾德和M．居里夫人，他在這個職位上只呆了兩年，1911年3月他來到了布拉格，晉陞為德國卡爾·費迪南大學正教授。在那裡工作了16個月後，F．弗蘭克接替了這個職位。愛因斯坦又返回蘇黎士，擔任綜合技術學院的物理學教授。
當然，影響接受狹義相對論的困難主要是觀念上的，但也的確存在實驗上的障礙。在1905年開創性的論文的結尾，愛因斯坦推導出一個電子橫質量公式。這個公式與洛倫茲理論中的公式極其相似，其中的差異很快就被消除了。於是，這兩種理論能給出相同的結果。但是，考夫曼在分別發表於1902和1903年的論文中指出，他的實驗結果與洛倫茲理論（同樣適用於愛因斯坦理論）的預言有很大差異，愛因斯坦對這些結果無動於衷（見米勒1981，81－92；333-334）。1906年，考夫曼在《物理學年鑒》（一年前愛因斯坦發表相對論論文的同一雜誌）發表了一篇文章，詳細歸納了愛因斯坦的時空觀（米勒1981，343），並探討了洛倫茲-愛因斯坦電子理論。他總結道，他自己的測量結果於洛倫茲-愛因斯坦理論的"基本假設是不相容的"（見霍爾頓1973，189－190；234-235）。洛倫茲因此寫了一封信給彭加勒（米勒1981，334-3371982，20-21），說他自己的"心智已經枯竭"。他對彭加勒說，"不幸的是"，他的假說"與考夫曼的新實驗矛盾"，他認為"不得不放棄它"。但愛因斯坦卻堅信：實驗數據與理論間"系統誤差"的存在說明有"未被注意的誤差源"；新的更精確的實驗一定會證實相對性理論。愛因斯坦的話得到了證實，1908年，A．H．布歇爾發表了新的實驗結果，完全符合洛倫茲和愛因斯坦的預言。1910年，E．胡普卡的實驗對此再次予以確證