Relativ hastighet hänvisar till ett objekts hastighet och riktning i förhållande till någon annan referens. Det finns ingen standardreferens för en relativ hastighet; vissa referenser, såsom marken, är dock mycket bekvämare än andra. På grund av denna princip är det möjligt att beskriva samma objekt som att det har flera olika hastigheter, var och en med olika referensram. Ljusets hastighet är dock inte en relativ hastighet i denna mening.
Vanligtvis måste alla hastigheter vara relativa till någon tröghetsreferensram. Varje referensram i rymden som inte accelererar är lika lämplig. Jordens yta är en bra approximation för en tröghetsreferensram när avstånden inte är för stora. Detta beror på att små områden av den verkar vara platt och stationär; det vill säga föremål verkar vara i vila när de rör sig i samma hastighet som marken. När avstånden blir för stora är det inte längre meningsfullt att ange hastigheter i förhållande till marken – på grund av jordens rotation rör sig olika delar av jordklotet i olika riktningar.
Till exempel är det underförstått att en hastighet på 70 miles (112.7 kms) per timme på motorvägen är relativt den ”stationära” marken. Detta beror på att jordens yta roterar runt sin kärna och jorden färdas runt solen. Själva solsystemet kretsar kring mitten av Vintergatans galax, och så vidare. Därför är en hastighet bara användbar när den är relativ till någon referensram. En motorvägshastighetsgräns är faktiskt en relativ hastighetsgräns.
Den danske astronomen Ole Christensen Rømer mätte ljusets hastighet första gången 1676. Han jämförde den tid det tog ljus att resa från Jupiters måne Io när jorden befann sig på olika avstånd från den. När jorden var längre från Jupiter tog det märkbart längre tid för ljuset att komma fram. Utan Rømers vetskap beter sig dock ljuset inte på samma sätt som vanlig materia gör. Ljusets hastighet och all elektromagnetisk strålning är konstant oavsett vem som observerar den.
1905 föreslog den tyske fysikern Albert Einstein teorin att en observatörs rörelse inte påverkar ljusets hastighet. Detta genombrott fungerade som grunden för teorin om speciell relativitet. Dess implikationer, även om de inte brukar märkas i vardagen, är långtgående inom fysikområdet. I huvudsak innebär principen att ljusets hastighet inte är en relativ hastighet i den tidigare meningen. Snarare är tiden själv beroende av en observatörs rörelse.