當時認為光的傳播介質是“以太”,。由此產生了一個新的問題：地球以每秒30公里的速度繞太陽運動,，就必須會遇到每秒30公里的“以太風”迎面吹來，同時,，它也必須對光的傳播產生影響,。這個問題的產生，引起人們去探討“以太風”存在與否,。邁克耳孫－莫雷實驗就是在這個基礎上進行的,。

當“以太風”的速度為0時，兩束光應同時到達,，因而相位相同,；如“以太風”速度不為零，即裝置相對以太運動,，則兩列光波相位不同,。

一種用邁克爾遜干涉儀測量兩垂直光在同一方向上光速差值的實驗。但結果證明光速在不同慣性系和不同方向上都是相同的,，由此確定光速不變原理,。根據(jù)伽利略變換，光速應該與其所在的參照系有關,，這一結果表明伽利略變換并不適用于高速運動的光子,，洛倫茲由此提出洛倫茲變換來解決這一問題。

雖然愛因斯坦只是將洛倫茲變換引入狹義相對論,，但是他系統(tǒng)性地提出了一個全新的物理理論,，并劃時代地提出時間相對性的概念，因此人們最終將這一功績歸功于愛因斯坦,。但是狹義相對論并不完整,，直到廣義相對論的出現(xiàn)才完美地解釋了孿生子佯謬。

既然存在以太,，則當?shù)厍虼┻^以太繞太陽公轉時,，在地球通過以太運動的方向測量的光速（當我們對光源運動時）應該大于在與運動垂直方向測量的光速（當我們不對光源運動時）。

1887年,，阿爾貝特·麥克爾遜（后來成為美國第一個物理諾貝爾獎獲得者）和愛德華·莫雷在克里夫蘭的卡思應用科學學校進行了非常仔細的實驗,。目的是測量地球在以太中的速度(即以太風的速度)。

如果以太存在,，且光速在以太中的傳播服從伽利略速度疊加原理：

假設以太相對于太陽靜止,，實驗坐標系相對于以太以公轉軌道速度u沿光線2的方向傳播,， 由于光在不同的方向相對地球的速度不同,，達到眼睛的光程差不同，產生干涉條紋,。

從鏡子M反射,，光線1的傳播方向在MA方向上,，光的絕對傳播速度為c，地球相對以太的速度為υ,，光線1完成來回路程的時間為2d/C,，光線2在到達M2和從M2返回的傳播速度為不同的，分別為C+υ和C－υ,，完成往返路程所需時間為：d/(C+u)+d/(C-u).光線2和光線1到達眼睛的光程差為：c[d/(C+u)+d/(C-u)-2d/C]=2du^2/(C^2-u^2)

干涉儀整體可以旋轉,，旋轉的過程中，以太速度方向與實驗參考系中光線2的夾角改變,，從而使得速度分量u改變,，旋轉90°時，光線1和2交換了狀態(tài),，光程差可以增加一倍,。：ΔL=4du^2/(C^2-u^2)≈4du^2/C^2。移動的條紋數(shù)為ΔL/λ,。

實驗中用鈉光源,，λ=5.9×10^－7m；

地球的公轉軌道運動速率為：υ≈10^－4C,；干涉儀靜止參考系下的光程2d=11m,，

應該移動的條紋為：ΔN=2×11×(10^－4)/λ=0.37

干涉儀的靈敏度，可觀察到的條紋數(shù)為0.01條,。但實驗結果是幾乎沒有條紋移動,。

因此以太存在且光速滿足伽利略速度疊加的前提是錯誤的。結論是要么是以太不存在,，光速相對于任何參考系的速度都一樣,，因此旋轉邁克爾遜干涉儀時光線1和2不存在時間差。要么是以太存在但是光速不滿足伽利略速度疊加,。

在1887年到1905年之間,，人們曾經好幾次企圖去解釋麥克爾遜——莫雷實驗。最著名者為荷蘭物理學家亨得利克·洛倫茲,，他是依據(jù)以太存在,，但是伽利略速度疊加原理需要修改，從而引進了洛倫茲變變換,。然而,，一位迄至當時還不知名的瑞士專利局的職員阿爾貝特·愛因斯坦，在1905年發(fā)表的一篇著名的論文中指出,，只要人們愿意拋棄絕對時間的觀念的話,，整個以太的觀念就是多余的。

幾個星期之后，一位法國最重要的數(shù)學家亨利·彭加勒也提出類似的觀點,。愛因斯坦的論證比彭加勒的論證更接近物理,，因為后者將此考慮為數(shù)學問題。

通常這個新理論是歸功于愛因斯坦,，但彭加勒的確在其中起了重要的作用,。