Trong quá trình nghiên cứu lý thuyết tương đối rộng, Einstein đã sử dụng một khái niệm đã biết từ thời Galileo là khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính của vật thể. Ông dùng khái niệm này làm cơ sở cho nguyên lý tương đương để mô tả hiệu ứng hấp dẫn và gia tốc như là các mặt khác nhau của cùng một thực thể (ít nhất là khi xem xét trong không thời gian địa phương), và ông phát biểu vào năm 1907:

Nói cách khác là ông đã phát biểu rằng, trong không thời gian địa phương, trường hấp dẫn đều và gia tốc đều là tương đương.

Ý nghĩa của nguyên lý tương đương được mở rộng cho rằng, các phép đo vật lý trong các hệ quy chiếu không gia tốc không bao giờ có thể xác định trạng thái chuyển động của nó. Điều này ngụ ý rằng không thể đo và do đó sẽ rất vô nghĩa khi thảo luận về sự thay đổi của các đại lượng như là khối lượng nghỉ, điện tích của các hạt cơ bản khi chúng ở các trạng thái chuyển động khác nhau. Cho nên, bất kỳ sai khác nào xuất hiện trong các phép đo đều là do sai số hoặc là minh chứng về sai lầm hoặc không hoàn thiện của lý thuyết tương đối rộng.

Einstein nhận thức rằng nguyên lý này có một hệ quả chủ yếu: giải thích bất cứ một định luật vật lý nào bởi những đo đạc tiến hành trong một hệ quy chiếu quán tính nhỏ. Như vậy, một khi đã giải thích lại những đo đạc tiến hành trong bất kì một hệ quy chiếu quán tính nhỏ nào khác, định luật vật lý này cần phải có cùng một dạng toán học và lôgic so với hệ quy chiếu ban đầu.