La dilatación del tiempo observada debido a la velocidad relativa proviene de la relatividad especial. Si dos observadores, Janet y Jim, se mueven en direcciones opuestas y al pasar uno al lado del otro, notan que el reloj de la otra persona corre más lento que el suyo. Si Judy corriera junto a Janet a la misma velocidad en la misma dirección, sus relojes estarían funcionando al mismo ritmo, mientras que Jim, yendo en la dirección opuesta, ve que ambos tienen un tictac más lento relojes El tiempo parece pasar más lento para la persona observada que para el observador.
La dilatación del tiempo debido a estar a diferentes distancias de una masa gravitacional se describe en la teoría general de la relatividad. Cuanto más cerca esté de una masa gravitacional, más lento parecerá su reloj a un observador más alejado de la masa. Cuando una nave espacial se acerca a un agujero negro de masa extrema, los observadores ven que el tiempo se ralentiza para ellos.
Estas dos formas de dilatación del tiempo se combinan para un satélite que orbita un planeta. Por un lado, su velocidad relativa para los observadores en tierra ralentiza el tiempo para el satélite. Pero la mayor distancia del planeta significa que el tiempo pasa más rápido en el satélite que en la superficie del planeta. Estos efectos pueden cancelarse entre sí, pero también pueden significar que un satélite inferior tiene relojes de funcionamiento más lento en relación con la superficie, mientras que los satélites de órbita más alta tienen relojes que funcionan más rápido en relación con el superficie.
Los efectos de la dilatación del tiempo se usan a menudo en historias de ciencia ficción, que se remontan al menos a la década de 1930. Uno de los primeros y más conocidos experimentos mentales para presentar la dilatación del tiempo es el famoso Paradoja gemela, lo que demuestra los curiosos efectos de la dilatación del tiempo en su forma más extrema.
La dilatación del tiempo se hace más evidente cuando uno de los objetos se mueve a casi la velocidad de la luz, pero se manifiesta a velocidades aún más lentas. Aquí hay algunas maneras en que sabemos que la dilatación del tiempo realmente tiene lugar: