Massa
Massa erityisessä suhteellisuusteoriassa

Erityinen suhteellisuusteoria osoittaa että massa ja energia ovat ekvivalentteja: kappaleen sisäenergian kasvaessa määrällä ∆E, sen massa kasvaa määrällä ∆E/c². Tämän ilmaisee tunnettu kaava E=mc².
Tähän päädyttiin päättelemällä, että mitä suurempi kappaleen nopeus on, sitä suurempi voima tarvitaan sen kiihdyttämiseen samansuuruisella kiihtyvyydellä. Ellei näin olisi, vakiona pysyvän voiman vaikutuksesta kappale saavuttaisi lopulta valon­nopeuden, mikä kuitenkaan ei ole mahdollista.
Voidaankin osoittaa, että tietyn suuruisen voiman kappaleelle antama kiihtyvyys on kääntäen verrannollinen suureeseen
missä m0 on kappaleelle ominainen vakio, ns. lepomassa, v kappaleen nopeus ja c valonnopeus. Kappaleen nopeuden lähestyessä valon­nopeutta tämä suure, joka vastaa kappaleen hidasta massaa ja jota toisinaan sanotaan kappaleen liikemassaksi  , kasvaa rajatta.  Suhteellisuusteorian mukaan kappaleen liikemäärä on sen liikemassan ja nopeuden tulo:
Osoittautuu, että tämä liike- ja lepomassojen erotus on suoraan verrannollinen kappaleen liike-energiaan, joka on yhtä suuri kuin tämä erotus kerrottuna valonnopeuden neliöllä:
Tämä tulos johti yleistävään päätelmään, että myös kappaleen lepomassa vastaa jollakin tavalla energiaa, joka kappaleessa on sen ollessa lepotilassakin.
Monet fyysikot ovat kuitenkin sitä mieltä, että liike­massan käsite on fysiikassa tarpeeton ja kappaleen massasta puhuttaessa tulisi aina tarkoittaa nimenomaan sen lepo­massaa, joka on kappaleelle ominainen vakio. Muun muassa monissa oppi­kirjoissa liike­massan käsite kuitenkin yhä esiintyy. Tätä on perusteltu opetuksellisilla ja tieteenhistoriallisilla syillä; esimerkiksi Kaarle Kurki-Suonio on asiaa pohtiessaan päätynyt käsitykseen, että liike­massan käsite on ”tarpeeton hiukkas­fysiikassa mutta välttämätön massan käsitteen ja Einsteinin relaation ymmärtämiseksi”.
Kappaleen lepomassan, liikemäärän ja kokonais­energian välille voidaan myös johtaa yhteys
eli
missä m on kappaleen (lepo)massa, p liikemäärä ja c valonnopeus.  Tässä sekä liike­määrä p että kokonais­energia E riippuvat käytetystä koordinaatistosta kun taas (lepo)massa m0 on koordinaatistosta riippumaton, kappaleelle ominainen vakio. Tämä osoittaa samalla, että kappaleen (lepo)massa ilmoittaa samalla sen neliliikemäärävektorin  pituuden.
Näin ollen silloinkin, kun kappale on levossa eli sen liikemäärä on nolla, sillä on energiaa, joka on suoraan verrannollinen sen massaan, minkä osoittaa tunnettu yhtälö E=mc². Liikkuvan kappaleen energia on tätä suurempi. Tämä erotus on kappaleen liike-energia, ja jos sen nopeus v on paljon valonnopeutta pienempi, liike-energialle on likipitäen voimassa jo ennen suhteellisuusteoriaa tunnettu kaava  E_{k}={\frac {mv^{2}}{2}}.
Massan ja energian ekvivalenssista seuraa myös, että useammasta kappaleesta koostuvan sidotun systeemin massa on pienempi kuin sen osien massojen summa. Tällaisella systeemillä on tietyn suuruinen sidosenergia, jona systeemi luovuttaa sen muodostuessa rakenne­osistaan. Näin ollen esimerkiksi molekyylien massa on yleensä hieman pienempi kuin niissä olevien atomien massojen summa niiden ollessa erilleen, mutta tämä erotus on niin pieni, ettei sitä käytännössä voida mitata. Sitä vastoin vahva ydinvoima on niin voimakas, että tämä voidaan havaita suoraan: atomiytimen massa on pienempi kuin ytimen nukleonien massojen summa niiden ollessa toisistaan erillään. Edelleen, yksittäisen nukleonin sisäinen vahvan ydinvoiman kenttään sitoutunut energia selittää 90-prosenttisesti1 havaitun massan.
Ei ole kuitenkaan saatu tyhjentävää vastausta siitä, mitä energiaa jäljelle jäävä massa vastaa. ”Massattoman massan” (mass without mass) teoriaa ei siis ole saatu luotua. Nykyisin vallitsevan käsityksen mukaan alkeishiukkasten massa syntyy hiukkasten vuorovaikuttaessa Higgsin kentän kanssa. Hypoteesin todentamiseksi etsitään Higgsin kentän kvanttia, Higgsin bosonia. Higgsin fysiikka on olennainen osa supersymmetrian teoriaa.