在經典力學中，空間和時間的本性被認為是與任何物體及運動無關的，存在着絕對空間和絕對時間。牛頓在《自然哲學的數學原理》中說：“絕對空間，就其本性來說，與任何外在的情況無關。始終保持着相似和不變”“絕對的、純粹的數學的時間，就其本性來說均勻地流逝，而與任何外在的情況無關”。 另一方面，物體的運動性質和規律，卻與採用怎樣的空間和時間來度量它有着密切的關係。相對於絕對空間的靜止或運動，才是絕對的靜止或運動。只有以絕對空間作為度量運動的參照系，或者以其他作絕對勻速運動的物體為參照物，慣性定律才成立。即不受外力作用的物體，或者總保持靜止，或者總保持勻速運動。這一類特殊的參照系，被稱為慣性參照系。
任何兩個不同的慣性參照系的空間和時間量之間滿足伽利略變換。在這種變換下，位置、速度是相對的，即相對於不同參照系其數值是不同的：長度、時間間隔是絕對的，即相對於不同參照系其數值是不變的，同時性也是絕對的。相對於某一慣性參照系同時發生的兩個事件，相對於其他的慣性參照系也必定是同時的。另外，牛頓力學規律在伽利略變換下保持形式不變，這一點符合伽利略相對性原理的要求。 正是這個相對性原理，構成了對牛頓的絕對空間概念的懷疑的起點。如果存在絕對空間，則物體相對於這個絕對空間的運動就應當是可以測量的，這相當於要求在某些運動定律中含有絕對速度。然而，相對性原理要求物體的運動規律中必定不含有絕對速度，亦即絕對速度在原則上是無法測定的。萊布尼茲、貝克萊、馬赫等先後 都對絕對空間、時間觀念提出過有價值的異議，指出過，沒有證據能表明牛頓絕對空間的存在。
愛因斯坦推廣了上述的相對性原理，提出狹義相對論的相對性原理，即不但要求在不同慣性參照系中力學規律具有同樣形式，而且其他物理規律也應如此。 經典力學和狹義相對論都認為一個慣性參照系可以適用於整個宇宙，或至少一個大的範圍。相對於某一個慣性參照系，宇宙中任何範圍中的物體運動都遵從慣性定律。愛因斯坦在廣義相對論中指出，如果考慮到物體的萬有引力，一個慣性參照系只能適用於一個非常局部的範圍，不可能適用於大的範圍，或全宇宙。如果對於描寫一個局部範圍中的物體來說，某一參照系是慣性的那麼對其他範圍中的物體運動而言，它一般就不再是慣性的。
為了描寫在一個大範圍中的運動，對不同局部範圍要用不同的慣性參照系。物體之間的引力的作用，就在於決定各個局部慣性系之間的聯繫。
用幾何的語言來說，各個不同的局部範圍的慣性參照系之間的關係，可以通過時空曲率來規定。引力的作用就在於使空時變成彎曲的，而不再是經典力學中的無限延伸的歐幾里得幾何的絕對空間，也不再是經典力學中的無限延伸的閔可夫斯基空間。 總之，在廣義相對論中，時空的性質不是與物體運動無關的。一方面，物體運動的性質要決定於用怎樣的空間時間參照系來描寫它另一方面時空的性質也決定於物體及其運動本身。
量子論的發展，對時間概念提出了更根本的問題。量子論的結論之一就是：對於一個體系在過去可能存在於什麼狀態的判斷結果，要決定於在現今的測量中做怎樣的選擇。所以，除非一個體系的過去狀態是已經被記錄到了這種情況以外，不能認為體系的歷史是獨立於現今的選擇，而存在於過去的時間中的。 這種現在與過去之間的相互關係，是與因果順序概念十分不同的，暗含於時間概念中的因果序列要求過去的存在應是不依賴現在的。另外，量子論還表明，在10¯³³厘米、10¯³³秒這樣小的時空尺度中，描寫事件順序的“前”“后”概念將失去意義。 因此，用時間來描述事件發生的順序，可能並不總是合用的。空間與時間是事物之間的一種次序，但並不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一種近似。