A relatív sebesség miatt tapasztalt időtágulást a speciális relativitáselmélet okozza. Ha két megfigyelő, Janet és Jim, ellentétes irányba haladnak, és ha elhaladnak egymáson, megfigyelik, hogy a másik ember órája lassabban ketyeg, mint a saját. Ha Judy Janet mellett ugyanolyan sebességgel, ugyanabba az irányba futna, az órájuk ketyeg ugyanolyan sebességgel, míg Jim, az ellenkező irányba haladva, látja, hogy mindkettő lassabban ketyeg órák. Úgy tűnik, hogy az idő lassabban telik a megfigyelt személy számára, mint a megfigyelő számára.
A gravitációs tömegtől eltérő távolságra történő időbeli dilatációt az általános relativitáselmélet ismerteti. Minél közelebb van egy gravitációs tömeghez, annál lassabban tűnik az órája, hogy egy távoli megfigyelő felé tartson. Amikor egy űrhajóra közel van egy szélsőséges tömegű fekete lyuk, a megfigyelők látják, hogy az idő lelassul, hogy rájuk rohanjon.
Az időtágítás e két formája összekapcsolódik egy bolygó körül keringő műholdakkal. Egyrészt a földön lévő megfigyelőkhöz viszonyított sebessége lelassítja a műholdas időt. A bolygótól való távolabbi távolság azt jelenti, hogy az idő gyorsabban halad a műholdason, mint a bolygó felszínén. Ezek a hatások megszakíthatják egymást, de azt is jelenthetik, hogy egy alacsonyabb műholdas órák lassabban működnek míg a magasabb keringő műholdak órái gyorsabban futnak a felület.
Az idő-dilatáció hatásait gyakran használják a tudományos fantasztikus történetekben, amelyek legalább az 1930-as évekre nyúlnak vissza. Az egyik legkorábbi és legismertebb gondolatkísérlet az időtágítás jellemzésére a híres Twin Paradox, amely a legszélsőségesebb idők dilatációjának furcsa hatásait mutatja be.
Az időbeli dilatáció akkor válik nyilvánvalóvá, amikor az egyik tárgy szinte a fénysebességgel mozog, de még lassabb sebességgel is megnyilvánul. Íme néhány lehetőség, amelyekből tudjuk, hogy az időbeli tágulás valójában megtörténik: