Suhteellisesta nopeudesta johtuva ajan dilaatio johtuu erityisestä suhteellisuudesta. Jos kaksi tarkkailijaa, Janet ja Jim, liikkuvat vastakkaisiin suuntiin ja ohittaessaan toisiaan, he huomaavat, että toisen henkilön kello tikittää hitaammin kuin heidän oma. Jos Judy juoksisi Janetin rinnalla samalla nopeudella samaan suuntaan, heidän kellonsa tikittyisivät samalla nopeudella, kun taas Jim menee vastakkaiseen suuntaan ja näkee molemmilla olevan hitaammin tikittyvä kellot. Aika näyttää kulkevan hitaammin havaittavalle kuin tarkkailijalle.
Aika dilaatio johtuen eri etäisyyksistä painovoima massasta on kuvattu suhteellisuusteoriassa. Mitä lähempänä olet gravitaatiomassalle, sitä hitaammin kello näyttää napsahtavan kauempana massasta sijaitsevalle tarkkailijalle. Kun avaruusalus lähestyy äärimmäisen massan mustaa reikää, tarkkailijat näkevät ajan hidastuvan indeksoimaan heitä varten.
Nämä kaksi ajan dilaatiomuotoa yhdistyvät satelliitille, joka kiertää planeettaa. Toisaalta heidän suhteellinen nopeus maan päällä oleviin tarkkailijoihin hidastaa satelliitin aikaa. Mutta etäisyys planeetasta tarkoittaa sitä, että aika kulkee nopeammin satelliitissa kuin planeetan pinnalla. Nämä tehosteet voivat peruuttaa toisiaan, mutta voivat myös tarkoittaa, että alemmalla satelliitilla on hitaampi kellot suhteessa pintaan, kun taas korkeammalla kiertoradalla olevien satelliittien kellot toimivat nopeammin suhteessa pinta.
Ajan laajenemisen vaikutuksia käytetään usein tieteiskirjallisuustarinoissa, jotka ulottuvat ainakin 1930-luvulta. Yksi varhaisimmista ja tunnetuimmista ajattelukokeista ajan dilataation aikaansaamiseksi on kuuluisa Twin Paradox, joka osoittaa ajan dilaation uteliaita vaikutuksia äärimmäisimmissä osissa.
Ajan dilaatio käy ilmi parhaiten, kun yksi esineistä liikkuu melkein valon nopeudella, mutta se ilmenee vielä hitaammilla nopeuksilla. Tässä on vain muutama tapa, jolla tiedämme, että ajan dilaatio todella tapahtuu: