Tidsdilatation är ett vetenskapligt fenomen som uppstår enligt relativitetsteorin. När två observatörer är närvarande kommer var och en att uppleva tiden annorlunda än den andra, vilket leder till att var och en tror att den andras upplevelse av tid är felaktig. Tidsdilatation kan skapas antingen genom en relativ skillnad i hastighet mellan de två observatörerna, eller deras skillnad i avstånd i förhållande till en stor massa. Den första situationen kallas relativ hastighet tidsdilatation, och den andra är känd som gravitationstidsdilatation.
Varje tidsutvidgning som orsakas av en relativ hastighetsskillnad får en observatör att tro att tiden går långsammare för den andra observatören. I denna uppställning måste de två observatörerna vara långt borta från gravitationsmassor, och de måste röra sig med betydande hastigheter för att effekten ska vara tillräckligt betydande för att upptäcka. Högre hastigheter ökar mängden tidsutvidgning för observatörerna.
Varje observatör bär en klocka och tittar på den andra observatörens klocka i förhållande till hans eller hennes egen klocka. På grund av de relativa hastigheterna verkar tiden vidgas eller sakta ner i den andra klockan i förhållande till den lokala klockan. Detta fenomen kommer att upplevas av båda individerna, och båda observatörerna kommer att känna att den andra klockan rör sig långsammare i förhållande till deras egna klockor.
Gravitationstidsdilatation är den andra typen som beskrivs av relativitetsteori. Under denna situation är två observatörer i vila med avseende på varandra och en gravitationsmassa. Båda observatörerna befinner sig på olika avstånd från massan, vilket är tillräckligt betydande för att möjliggöra upplevelsen av tidsutvidgning. Observatören som är närmare massan upplever en starkare gravitationskraft från massan i förhållande till observatören som är längre bort. Massans gravitationskraft kallas ibland för en gravitationsbrunn, och den första observatören beskrivs som djupare i brunnen än den andra observatören.
De två observatörerna har varsin klocka med sig för att registrera tid. Den första observatören, som är närmare gravitationsmassan, kommer att uppleva den andra observatörens klocka som snabbare än hans eller hennes egen klocka, medan den andra observatören kommer att se den första observatörens klocka som långsammare än hans eller hennes egen klocka. Varje observatör upplever fortfarande att den lokala klockan är den korrekta tidsregistreringen. Till skillnad från i den relativa hastighetssituationen är observatörerna i denna situation överens om att en klocka är den långsammare, medan den andra är den snabbare.