Dilatasi waktu adalah fenomena ilmiah yang terjadi menurut teori relativitas. Ketika dua pengamat hadir, masing-masing akan mengalami waktu yang berbeda dari yang lain, membuat masing-masing percaya bahwa pengalaman waktu yang lain salah. Dilatasi waktu dapat dibuat melalui perbedaan kecepatan relatif antara dua pengamat, atau perbedaan jarak mereka dalam kaitannya dengan massa yang besar. Situasi pertama disebut sebagai dilatasi waktu kecepatan relatif, dan yang kedua dikenal sebagai dilatasi waktu gravitasi.
Setiap pelebaran waktu yang disebabkan oleh perbedaan kecepatan relatif akan membuat seorang pengamat percaya bahwa waktu bergerak lebih lambat bagi pengamat kedua. Dalam pengaturan ini, kedua pengamat harus jauh dari massa gravitasi apa pun, dan mereka harus bergerak dengan kecepatan yang signifikan agar efeknya cukup signifikan untuk dideteksi. Kecepatan yang lebih tinggi meningkatkan jumlah pelebaran waktu yang dialami pengamat.
Setiap pengamat membawa sebuah jam dan melihat jam pengamat lain dalam hubungannya dengan jamnya sendiri. Karena kecepatan relatif, waktu tampak melebar, atau melambat, di jam lain relatif terhadap jam lokal. Fenomena ini akan dialami oleh kedua individu, dan kedua pengamat akan merasakan bahwa jam lainnya bergerak lebih lambat dibandingkan dengan jam mereka sendiri.
Dilatasi waktu gravitasi adalah jenis kedua yang dijelaskan oleh relativitas. Selama situasi ini, dua pengamat diam terhadap satu sama lain dan massa gravitasi. Kedua pengamat terletak pada jarak yang berbeda dari massa, yang cukup signifikan untuk memungkinkan terjadinya pelebaran waktu. Pengamat yang lebih dekat dengan massa mengalami tarikan gravitasi yang lebih kuat dari massa relatif terhadap pengamat yang lebih jauh. Gaya gravitasi massa kadang-kadang disebut sebagai sumur gravitasi, dan pengamat pertama digambarkan lebih dalam di dalam sumur daripada pengamat kedua.
Kedua pengamat masing-masing membawa jam untuk mencatat waktu. Pengamat pertama, yang lebih dekat dengan massa gravitasi, akan mengalami jam pengamat lain lebih cepat dari jamnya sendiri, sedangkan pengamat kedua akan melihat jam pengamat pertama lebih lambat dari jamnya sendiri. Setiap pengamat masih menganggap jam lokal sebagai catatan waktu yang benar. Tidak seperti dalam situasi kecepatan relatif, pengamat dalam situasi ini setuju bahwa satu jam lebih lambat, sementara yang lain lebih cepat.