同时，不变性与守恒律密切相关。运动物体在伽利略变换下的时间平移不变性，对应于该物体的能量守恒；在伽利略变换下的空间平移和空间转动不变性，对应于该物体的动量守恒和角动量守恒。
牛顿力学定律及其在伽利略变换下的不变性，促成对牛顿的绝对空间概念的怀疑。
如果存在绝对空间，物体相对于绝对空间的运动就应当是可以测量的。
这相当于要求某些力学运动定律中应含有绝度速度。但是，在牛顿力学规律中并不含绝对速度。换言之，牛顿力学定律的正确性，并不要求一定存在绝对空间。
在牛顿提出绝对空间概念之后，先后有人对这种观念提出异议。事实上，没有有力的证据表明存在绝对空间。然而，随着牛顿力学和万有引力定律的极大成功，牛顿的绝对空间和绝对时间的概念，也一直在自然科学界和哲学界占据主导地位。
但是，在牛顿体系中无法建立简单的宇宙图像。
一种简单的宇宙图像是在无限大的绝对空间和无穷长的绝对时间中，无限多恒星或星系在其中大体静止，平均光度大致均匀。然而，这种朴素的宇宙图景，在万有引力的作用下是不稳定的，而且连为什么夜间天空是黑暗的这样简单的问题，都无法回答。
19世纪J.c.麦克斯韦总结出电磁学的基本规律——麦克斯韦方程组，这组方程中出现了光速c。随后又发现了电磁波。
受牛顿绝对空间和绝对时间观念支配的物理学界，自然认为在绝对空间中充满着以太，麦克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的惯性参考系中成立，电磁波是以太的波动。
这种观念的必然推论是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统中，麦克斯韦方程仅近似成立。电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于以太的漂移速度。
但是，所有这类实验都得到否定的结果。这表明，忽略地球的非惯性运动的效应，麦克斯韦方程仍成立，并不存在以太漂移。这样，牛顿的绝对空间和以太观念都受到了挑战。
20世纪初，A.爱因斯坦提出了狭义相对论，扩展了伽利略相对性原理，不仅要求力学规律在不同惯性参照系中具有同样形式，而且要求其他物理规律在不同惯性参照系中也具有同样的形式。
爱因斯坦还假定在不同惯性参考系中单程光速c是不变的。据此，不同惯性系的空间坐标和时间坐标之间不再遵从伽利略变换，而是遵从非齐次洛伦兹变换。
根据这类变换，尺的长度和时间间隔即钟的快慢，都不是不变的；高速运动的尺相对于静止的尺变短，高速运动的钟相对于静止的钟变慢。
同时性也不再是不变的或绝对的；对某一个惯性参照系同时发生的两个事件，对另一个高速运动的惯性参照系就不是同时发生的。