Nghịch lý anh em sinh đôi là một suy luận tưởng tượng mà làm cho hệ quả của thuyết tương đối hẹp của nhà khoa học Albert Einstein không còn đúng về mặt logic, có thể dẫn đến phủ định thuyết tương đối hẹp. Nghịch lý này như sau:Giả sử hai anh em sinh đôi là A và B, A lên một tên lửa du hành vào vũ trụ và quay trở về (với tốc độ cao), khi đó theo hệ quả của thuyết tương đối hẹp A sẽ thấy B già hơn mình, tuy nhiên theo nguyên lý tương đương khi B ở lại trái đất và quan niệm rằng mình chuyển động đi và về so với A (đứng yên cùng tên lửa) nên khi gặp lại thì theo hệ quả thuyết tương đối hẹp A sẽ già hơn B.