廣義相對論將牛頓萬有引力定律納入狹義相對論框架，并通過等效原理構建。引力被視作時空的幾何屬性，即曲率。這種時空曲率與物質及能量直接關聯，通過愛因斯坦場方程描述，方程是二階非線性偏微分方程。廣義相對論預言了時間膨脹、光的引力紅移和引力時間延遲，這些預言已被驗證。理論還預言黑洞存在，引力波已被間接證實，而直接觀測正進行中。廣義相對論是現代宇宙學基礎。1907年起，愛因斯坦探索引力的相對性理論。1915年，他提出引力場方程，描述物質如何影響時空幾何，成為廣義相對論核心。方程難以求解，愛因斯坦使用近似方法得出預言。1916年，史瓦西得到首個精確解，為黑洞理論奠定基礎。愛因斯坦1917年將廣義相對論應用于宇宙，添加宇宙常數以符合觀測，但1929年哈勃發現宇宙膨脹，證實弗里德曼預言，愛因斯坦承認宇宙常數錯誤。廣義相對論進入主流研究始于1960-1975年，物理學家理解黑洞，并通過類星體識別。精確實驗驗證廣義相對論，如水星近日點進動和日食光線偏折。理解廣義相對論可從經典力學出發，牛頓引力的幾何學表明慣性運動軌跡是時空最短路徑，即測地線。弱等效原理指出自由落體軌跡僅依賴初始條件，與物質材質無關，暗示引力場中自由落體為慣性運動，重新定義時空幾何。廣義相對論揭示了新的物理現象，如引力時間延遲，為天文學觀測提供了理論基礎。黑洞的存在是廣義相對論預言的重要證據，而引力波的間接觀測進一步證實了這一理論。通過類星體的觀測，物理學家能夠識別并驗證廣義相對論的預言，使其成為現代宇宙學不可或缺的理論框架。