爱因斯坦只好另辟蹊径。1907年某天，他坐在瑞士专利局的办公室里，脑中突然闪出一个灵感：“一个在半空中坠落的人，完全感觉不到自己的重量，应该觉得自己好像置身于惯性坐标系！”
爱因斯坦于1921年获得诺贝尔奖的证书
爱因斯坦后来说这是他一生中最重要的一个念头。耐人寻味的是，它和那个以光速飞行的臆想实验有异曲同工之妙：一个是以光速飞行，抵消了光速，因而看到一座静止的时钟；一个是在重力场中坠落，抵消了重力加速度，因而感觉不到任何重力。
根据这个想法，爱因斯坦写出第一篇有关广义相对论的论文，提出广义相对论的两个公设：一、等效原理：加速度造成的“重量感”与真正的重力效应一模一样。二、广义相对性原理：物理定律在任何坐标系中都具有相同形式。
爱因斯坦钻研广义相对论经历了一段曲折的历程。最主要的困难，在于当时物理学界所熟知的数学工具似乎都挠不到痒处。
1912年，爱因斯坦终于意识到传统的几何学不适用于重力场，于是开始学习“黎曼几何”与“张量分析”。掌握这些理论之后，他终于逐步建立起广义相对论的完备体系：以四维时空的弯曲几何结构表现重力场。牛顿的重力理论自此功成身退。