迈克逊与莫利的实验表明地球相对以太没有发生可测量的运动。洛伦兹和菲茨杰拉德指出是以太扭曲了测量仪器导致测量失准，但爱因斯坦给出了更为彻底的解释：以太根本不存在。
光速与光源以及接受者的速度无关，这其实非常不可思议。当然我们尚不清楚爱因斯坦对于这个问题的理解深度如何。(1) 在所有相关的事件中，爱因斯坦都在思考事物关于移动的对称性。如果没有以太，就没有绝对空间，自然就没有绝对运动，而只有相对运动才有物理意义。
爱因斯坦知道光是一种电磁辐射，其性质服从麦克斯韦方程组。但他想知道，在做相对运动的两个观察者看来，这种辐射会呈现出什么状态。他还特别进行了一系列的“思想实验”，德语中称为“Gedanken实验”，就是根据物理定律来想象会发生的各种情况。
爱因斯坦在16岁时就想了解如果随光束旅行会怎么样。如果光是以太中的电磁振荡，形如声波在空气中的振荡，那么由于声波相对空气以1马赫的速度传播，光就应该相对以太以300000千米每秒的速度传播。(2) 1900年时，还没有高速喷气式飞机，但是他可能已经想象出一个物体在空气中以声速1马赫飞行，与空气中的压力波传递速度相同。如果用以太取代空气，用光取代声音，我们就可以想象和光波一起旅行时的情境。如果这种与声音的相似性假设是正确的，那么就会产生一些怪异的结论。首先，你在镜子中看不见自己：从你自己发出的光和你以相同的速度飞向镜子，因为光无法在你之前到达镜子，更别说反射回来。这当然会让人觉得怪怪的，但似乎也还没到完全超出想象能力的程度。真正的物理矛盾出现在引入麦克斯韦理论之后。如果你继续向前，终于赶上这个电磁场的振荡波，接着在波的旁边以光速c 运动，你会发现旁边的电磁场在空间的两侧会振荡但是没有前进，处于静止状态。在麦克斯韦方程组中，并不存在这种事情：振荡的电磁波始终以光速c 运动。我们现在已知的各种情况都支持麦克斯韦的电磁理论，它应该是正确的。而如果它正确，爱因斯坦想象中以光速运动的情形就不可能发生：我们永远也达不到光速。
这使得爱因斯坦开始思考速度的定义，以及绝对和相对的概念。在这次思维实验中，他想象了一个我们都有过的经历，即在火车上的旅客观察另外一列火车时的情景。
假设你正坐在一列停在站内的火车上，旁边轨道上有另一列火车。邻车只是暂时停靠，前进方向与本列车相反。经过漫长的等待，你终于发现自己相对于邻车移动了，这种移动如此平缓，使得你感觉不到加速带来的作用力。随着邻车的车厢一节节滑过，直到最后一节车厢在面前消失。这时你才发现，是邻车开走了，而你所在的列车却在原地纹丝未动。20世纪30年代，爱因斯坦生活在牛津的基督教堂学院，每次在伦敦火车站出发前，他估计都会不停地念叨：“这鬼列车啥时候才到牛津啊？”(3) 这个例子中涉及了绝对静止的概念，也就是站台和周围风景这些绝对静止的参照物。爱因斯坦认为，如果实验中两列火车处于真空中，都匀速运动，没有以太来定义绝对静止，那么就无法测定哪一列火车在运动，哪一列在静止。由于描述电场和磁场相应的麦克斯韦方程组，作用到这两列火车上时，会得出相同的结果，尤其会发现相对于两列火车而言光速是相同的。
迈克逊和莫利很早就在实验中证实了这个现象，而争议只在于爱因斯坦参考了他们的结果还是完全通过他的思维实验推测出了光速的恒定性。爱因斯坦曾多次声明，在1905年他提出狭义相对论时，并不知道迈克逊和莫利的实验结果。但在1952年，他又告诉亚伯拉罕·派斯（Abraham Pais）(4) 称自己在1905年之前就知道了这个实验结果，当时他读到了洛伦兹的一篇文章，并“假设迈克逊的结果是正确的”。无论如何，这个实验现象毋庸置疑而又令人费解，完全违背了我们的直觉。而自牛顿时期就被广为流传而且欣然接受的“常识”时空观，现在看来似乎是错误的。
