Dilatace času pozorovaná v důsledku relativní rychlosti pramení ze speciální relativity. Pokud se dva pozorovatelé, Janet a Jim, pohybují v opačných směrech a když procházejí kolem sebe, všimnou si, že hodinky druhé osoby tikají pomaleji než jejich vlastní. Kdyby Judy běžela po boku Janet stejnou rychlostí stejným směrem, jejich hodinky by tikaly stejným tempem, zatímco Jim, který jde opačným směrem, vidí, že oba mají pomalejší tikání hodinky. Zdá se, že čas je pro pozorovanou osobu pomalejší než pro pozorovatele.
Dilatace času kvůli bytí v různých vzdálenostech od gravitační hmoty je popsána v obecné teorii relativity. Čím blíž jste k gravitační hmotě, tím pomaleji se vaše hodiny zdají tikat k pozorovateli dále od hmoty. Když se kosmická loď přiblíží k černé díře extrémní hmoty, pozorovatelé uvidí, jak se jim zpomaluje čas, aby se za nimi plazili.
Tyto dvě formy dilatace času se kombinují pro satelit obíhající kolem planety. Na jedné straně jejich relativní rychlost k pozorovatelům na zemi zpomaluje čas pro satelit. Ale větší vzdálenost od planety znamená, že čas letí na satelitu rychleji než na povrchu planety. Tyto efekty se mohou navzájem rušit, ale také mohou znamenat, že nižší satelit má pomalejší hodiny vzhledem k povrchu, zatímco satelity s vyšší oběžnou dráhou mají hodiny běžící rychleji vzhledem k povrch.
Účinky dilatace času se často používají v příbězích sci-fi, které sahají až do 30. let. Jeden z nejčasnějších a nejznámějších experimentů, které se vyznačují dilatací času, je slavný Twin Paradox, což demonstruje zvědavé účinky dilatace času v jeho nejextrémnějším stavu.
Dilatace času je nejzřetelnější, když se jeden z objektů pohybuje téměř rychlostí světla, ale projevuje se ještě nižší rychlostí. Zde je několik způsobů, jak víme, že časová dilatace skutečně probíhá: