Dylatacja czasu obserwowana z powodu prędkości względnej wynika ze szczególnej teorii względności. Jeśli dwóch obserwatorów, Janet i Jim, poruszają się w przeciwnych kierunkach i przechodząc obok siebie zauważają, że zegarek drugiej osoby tyka wolniej niż ich własny. Gdyby Judy biegła obok Janet z tą samą prędkością w tym samym kierunku, ich zegarki tykałyby w tym samym tempie, podczas gdy Jim, idąc w przeciwnym kierunku, widzi, że oba mają wolniejsze tykanie zegarki Czas wydaje się płynąć wolniej dla obserwowanej osoby niż dla obserwatora.
Dylatacja czasu wynikająca z przebywania w różnych odległościach od masy grawitacyjnej jest opisana w ogólnej teorii względności. Im bliżej jesteś do masy grawitacyjnej, tym wolniej twój zegar tyka do obserwatora znajdującego się dalej od masy. Kiedy statek kosmiczny zbliża się do czarnej dziury o ekstremalnej masie, obserwatorzy widzą, że czas zwalnia do niego.
Te dwie formy dylatacji czasu łączą się dla satelity krążącego wokół planety. Z jednej strony ich względna prędkość do obserwatorów na ziemi spowalnia czas dla satelity. Jednak większa odległość od planety oznacza, że czas płynie szybciej na satelicie niż na powierzchni planety. Te efekty mogą się wzajemnie znosić, ale mogą również oznaczać, że niższy satelita ma wolniej działające zegary względem powierzchni, podczas gdy satelity na wyższych orbitach mają zegary działające szybciej w stosunku do powierzchnia.
Efekty dylatacji czasu są często wykorzystywane w opowiadaniach science fiction, sięgających co najmniej lat 30. XX wieku. Jednym z najwcześniejszych i najbardziej znanych eksperymentów myślowych z rozszerzaniem czasu jest słynny Twin Paradox, który pokazuje najbardziej dziwne efekty dylatacji czasu.
Dylatacja czasu staje się najbardziej widoczna, gdy jeden z obiektów porusza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła, ale manifestuje się jeszcze szybciej. Oto tylko kilka sposobów, w jaki wiemy, że dylatacja czasu ma miejsce: