广义相对论将牛顿万有引力定律纳入狭义相对论框架，并通过等效原理构建。引力被视作时空的几何属性，即曲率。这种时空曲率与物质及能量直接关联，通过爱因斯坦场方程描述，方程是二阶非线性偏微分方程。广义相对论预言了时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟，这些预言已被验证。理论还预言黑洞存在，引力波已被间接证实，而直接观测正进行中。广义相对论是现代宇宙学基础。
1907年起，爱因斯坦探索引力的相对性理论。1915年，他提出引力场方程，描述物质如何影响时空几何，成为广义相对论核心。方程难以求解，爱因斯坦使用近似方法得出预言。1916年，史瓦西得到首个精确解，为黑洞理论奠定基础。爱因斯坦1917年将广义相对论应用于宇宙，添加宇宙常数以符合观测，但1929年哈勃发现宇宙膨胀，证实弗里德曼预言，爱因斯坦承认宇宙常数错误。
广义相对论进入主流研究始于1960-1975年，物理学家理解黑洞，并通过类星体识别。精确实验验证广义相对论，如水星近日点进动和日食光线偏折。理解广义相对论可从经典力学出发，牛顿引力的几何学表明惯性运动轨迹是时空最短路径，即测地线。弱等效原理指出自由落体轨迹仅依赖初始条件，与物质材质无关，暗示引力场中自由落体为惯性运动，重新定义时空几何。
广义相对论揭示了新的物理现象，如引力时间延迟，为天文学观测提供了理论基础。黑洞的存在是广义相对论预言的重要证据，而引力波的间接观测进一步证实了这一理论。通过类星体的观测，物理学家能够识别并验证广义相对论的预言，使其成为现代宇宙学不可或缺的理论框架。
