Η χρονική διαστολή που παρατηρείται λόγω σχετικής ταχύτητας προέρχεται από την ειδική σχετικότητα. Αν δύο παρατηρητές, η Janet και ο Jim, κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις και καθώς περνούν ο ένας από τον άλλον, σημειώνουν ότι το ρολόι του άλλου προσώπου πιέζει πιο αργά από το δικό τους. Εάν ο Τζούντι έτρεξε μαζί με τη Τζανέτ με την ίδια ταχύτητα προς την ίδια κατεύθυνση, τα ρολόγια τους θα τσιμπάνιζαν με τον ίδιο ρυθμό, ενώ ο Jim, πηγαίνοντας προς την αντίθετη κατεύθυνση, βλέπει και τους δύο να έχουν πιο αργό ρυθμό ρολόγια. Ο χρόνος φαίνεται να περνά πιο αργά για το άτομο που παρατηρείται παρά για τον παρατηρητή.
Η χρονική διαστολή λόγω της ύπαρξης σε διαφορετικές αποστάσεις από μια βαρυτική μάζα περιγράφεται στη γενική θεωρία της σχετικότητας. Όσο πιο κοντά βρίσκεστε σε μια βαρυτική μάζα, τόσο πιο αργό το ρολόι σας φαίνεται να ταιριάζει σε έναν παρατηρητή μακρύτερα από τη μάζα. Όταν ένα διαστημόπλοιο πλησιάζει μια μαύρη τρύπα ακραίας μάζας, οι παρατηρητές βλέπουν τον χρόνο να επιβραδύνεται σε μια ανίχνευση για αυτούς.
Αυτές οι δύο μορφές χρονικής διαστολής συνδυάζονται για έναν δορυφόρο σε τροχιά γύρω από έναν πλανήτη. Από τη μία πλευρά, η σχετική ταχύτητά τους προς τους παρατηρητές στο έδαφος επιβραδύνει τον χρόνο για τον δορυφόρο. Αλλά η μακρύτερη απόσταση από τον πλανήτη σημαίνει ότι ο χρόνος γίνεται πιο γρήγορα στον δορυφόρο παρά στην επιφάνεια του πλανήτη. Αυτές οι επιπτώσεις μπορεί να ακυρώνονται η μία την άλλη, αλλά μπορεί επίσης να σημαίνει ότι ένας χαμηλότερος δορυφόρος έχει βραδύτερα ρολόγια σε σχέση με την επιφάνεια ενώ οι δορυφόροι με υψηλότερη τροχιά έχουν ρολόγια ταχύτερα σε σχέση με το επιφάνεια.
Οι επιδράσεις της χρονικής διαστολής χρησιμοποιούνται συχνά σε ιστορίες επιστημονικής φαντασίας, που χρονολογούνται τουλάχιστον από τη δεκαετία του 1930. Ένα από τα πιό πρόωρα και πιο γνωστά πειράματα σκέψης για τη διάθεση χρονικής διαστολής είναι το διάσημο Twin Paradox, η οποία καταδεικνύει τα περίεργα αποτελέσματα της διαστολής χρόνου στο πιο ακραίο.
Η χρονική διαστολή γίνεται πιο εμφανής όταν ένα από τα αντικείμενα κινείται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, αλλά εκδηλώνεται με ακόμη πιο αργές ταχύτητες. Εδώ είναι μερικοί μόνο τρόποι με τους οποίους γνωρίζουμε ότι η διαστολή του χρόνου συμβαίνει στην πραγματικότητα: