Trong lý thuyết tương đối hẹp, không-thời gian là không-thời gian phẳng. Nhiều đại lượng vật lý ở dạng vectơ trong không gian ba chiều được mở rộng ra thành vectơ-4. Một vectơ-4 là một bộ gồm 3 thành phần, gọi là thành phần không gian, cùng với 1 thành phần, gọi là thành phần thời gian: V = [vt, vx, vy, vz] = [vt, v]. Bình phương của độ lớn của vectơ-4 được tính theo công thức:

Khi chuyển đổi hệ quy chiếu trong không thời gian, các thành phần của vectơ-4 được biến đổi theo biến đổi Lorentz. Có một thuộc tính của các vectơ-4 không bị biến đổi bởi biến đổi Lorentz, đó chính là độ lớn của các vectơ-4 này. Điều này tương tự như khi thay đổi hệ quy chiếu trong không gian ba chiều, độ lớn của các vectơ vị trí ba chiều không đổi.

Ví dụ trong phần giới thiệu cho thấy đại lượng khoảng cách hay vị trí trong không gian ba chiều được tổng quát hóa thành vectơ-4 [ct, x, y, z]. Nhiều đại lượng vật lý vectơ khác cũng đều có vectơ-4 tương ứng. Ví dụ như động lượng cổ điển được mở rộng thành động lượng-4 [E/c, p] với E là năng lượng tương đối tính và p là động lượng tương đối tính.