W transformacji Lorentza jest inaczej: zachowany jest interwał, tj. odległość zdarzeń w czasoprzestrzeni, podczas gdy upływ czasu i odległość między zdarzeniami zmierzone przez obserwatorów poruszających się względem siebie będą inne, zależne od prędkości. W ten sposób czas trwania tego samego zjawiska czy odległość przestrzenna są wielkościami względnymi, zależnymi od obserwatora.
Transformacje współrzędnych czasoprzestrzeni mają najprostszą postać wówczas, gdy odpowiadające sobie osie współrzędnych kartezjańskich inercjalnych układów odniesienia, nieruchomego i poruszającego się są do siebie wzajemnie równoległe, przy czym układ porusza się ze stałą prędkością wzdłuż osi Jeśli ponadto jako początek odliczania czasu w obu układach i wybrany został moment, w którym początki osi współrzędnych i w obu układach pokrywają się, to transformacja Lorentza ma postać:
gdzie:
lub
W powyższych wzorach – prędkość światła w próżni.
Dla prędkości znacznie mniejszych od prędkości światła w próżni i transformacja Lorentza staje się równoważna z transformacją Galileusza.