1905年在他的狭义相对论中延伸了这一概念，并假设所有物理定律在所有的惯性参考系中都相同（包括光在真空中的速度），在这种原理下参考系之间的变换方法称为洛伦兹变换。另外，惯性参考系的定义并不局限于三维欧几里得空间。牛顿所用的为简单的欧几里得空间，但广义相对论则用一种更为广义的几何。就拿椭球体的几何为例，其中的自由粒子定义为沿着测地线均速移动或静止不动。两个自由粒子可以在表面上的同一点开始，以均速向不同方向运行。一段时间后，两个粒子会在椭球体的另一边会和相撞。粒子均以均速运行，符合没有外在施力的定义；没有加