La dilatation temporelle observée en raison de la vitesse relative provient de la relativité restreinte. Si deux observateurs, Janet et Jim, se déplacent dans des directions opposées et lorsqu'ils se croisent, ils remarquent que la montre de l'autre personne tourne plus lentement que la leur. Si Judy courait aux côtés de Janet à la même vitesse dans la même direction, leurs montres tourneraient au même rythme, tandis que Jim, allant dans la direction opposée, voit les deux avoir un tic-tac plus lent montres. Le temps semble passer plus lentement pour la personne observée que pour l'observateur.
La dilatation du temps due au fait d'être à différentes distances d'une masse gravitationnelle est décrite dans la théorie générale de la relativité. Plus vous êtes proche d'une masse gravitationnelle, plus votre horloge semble ralentir vers un observateur plus éloigné de la masse. Lorsqu'un vaisseau spatial s'approche d'un trou noir d'une masse extrême, les observateurs voient le temps ralentir pour ramper pour eux.
Ces deux formes de dilatation du temps se combinent pour un satellite en orbite autour d'une planète. D'une part, leur vitesse relative par rapport aux observateurs au sol ralentit le temps pour le satellite. Mais la distance la plus éloignée de la planète signifie que le temps passe plus vite sur le satellite qu'à la surface de la planète. Ces effets peuvent s'annuler, mais peuvent aussi signifier qu'un satellite inférieur a des horloges plus lentes par rapport à la surface alors que les satellites en orbite plus élevée ont des horloges fonctionnant plus rapidement par rapport à la surface.
Les effets de la dilatation du temps sont souvent utilisés dans les histoires de science-fiction, remontant au moins aux années 1930. L'une des expériences de pensée les plus anciennes et les plus connues pour présenter la dilatation du temps est la célèbre Twin Paradox, qui montre les effets curieux de la dilatation du temps à son plus extrême.
La dilatation du temps devient plus apparente lorsque l'un des objets se déplace à presque la vitesse de la lumière, mais elle se manifeste à des vitesses encore plus lentes. Voici quelques façons dont nous savons que la dilatation du temps a réellement lieu: