Iσοδυναμία μάζας-ενέργειας

Μόλις η ταχύτητα ενός σώματος πλησιάσει την ταχύτητα του φωτός, η αναλογία ανάμεσα σε χρόνο και ταχύτητα εξαφανίζεται και η μάζα εξαρτάται από την ταχύτητα. Αν σ` ένα δεδομένο σύστημα η μάζα ηρεμίας ενός σώματος είναι mο, το σώμα όταν κινείται με ταχύτητα uμέσα στο σύστημα αυτό, αποκτά μάζα m, που δίνεται από τον τύπο: , όπου c η ταχύτητα του φωτός. Η μάζα αυξήθηκε και η προσαύξηση αμελητέα στις κανονικές  ταχύτητες, γίνεται σημαντική στα πολύ γρήγορα κινούμενα σώματα.
Κατά τη θεωρία της σχετικότητας, η μάζα ενός σώματος αυξάνει όσο αυξάνει η ταχύτητά του και γίνεται άπειρη όταν η ταχύτητα γίνει ίση με  την ταχύτητα του φωτός (u=c).  
Επειδή ένα σώμα με άπειρη μάζα δεν μπορεί να επιταχυνθεί περισσότερο, συμπεραίνεται ότι η ταχύτητα του φωτός είναι οριακή ταχύτητα στη φύση, είναι δηλαδή αδύνατο να παρατηρηθεί να υπάρξει ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Συνεπώς, η μάζα ενός σώματος δεν είναι μέγεθος απόλυτο, όπως πίστευε η κλασική φυσική. Είναι μέγεθος σχετικό και εξαρτάται από την ταχύτητά του.
Έτσι λοιπόν αποδείχτηκε ότι σε μια ορισμένη μάζα αντιστοιχεί μια ορισμένη ενέργεια και αντίστροφα. Η σχέση αυτή εκφράζεται από τον περίφημο τύπο του Αϊνστάιν: ,
 όπου Ε η ενέργεια, m η μάζα και c η ταχύτητα του φωτός.
Σύμφωνα με  τον Αϊνστάιν: Όταν ένα σώμα δέχεται ένα ποσό ενέργειας Εο, τότε η αδρανής μάζα του αυξάνει. Η αδρανής μάζα ενός σώματος δεν είναι λοιπόν σταθερή, αλλά μεταβάλλεται σημαντικά με την ενέργεια του σώματος.