Tidsdilatasjonen sett på grunn av relativ hastighet stammer fra spesiell relativitet. Hvis to observatører, Janet og Jim, beveger seg i motsatte retninger, og når de går forbi hverandre, bemerker de at den andre personens klokke tikker saktere enn sin egen. Hvis Judy løp sammen med Janet med samme hastighet i samme retning, ville klokkene deres tikket i samme takt, mens Jim, i motsatt retning, ser at begge har tregere klokker. Tiden ser ut til å gå saktere for personen som blir observert enn for observatøren.
Tidsdilatasjon på grunn av avstand fra en gravitasjonsmasse er beskrevet i den generelle relativitetsteorien. Jo nærmere du er en gravitasjonsmasse, jo saktere ser det ut som om klokken tikker til en observatør lenger fra massen. Når et romskip nærmer seg et svart hull av ekstrem masse, ser observatører tiden avta til å krype etter dem.
Disse to former for tidsutvidelse kombineres for en satellitt som kretser rundt en planet. På den ene siden bremser deres relative hastighet for observatører på bakken tid for satellitten. Men den lengre avstanden fra planeten betyr at tiden går raskere på satellitten enn på overflaten av planeten. Disse effektene kan avbryte hverandre, men kan også bety at en lavere satellitt har langsommere klokker relativt til overflaten mens satellitter med høyere bane har klokker som kjører raskere i forhold til flate.
Effektene av tidsutvidelse brukes ofte i science fiction-historier som dateres tilbake til minst 1930-tallet. Et av de tidligste og mest kjente tankeeksperimentene med tidsutvidelse er den berømte Twin Paradox, som demonstrerer de nysgjerrige effektene av tidsutvidelse på sitt mest ekstreme.
Tidsdilatasjon blir tydeligst når et av objektene beveger seg med nesten lysets hastighet, men det manifesterer seg i enda lavere hastigheter. Her er bare noen få måter vi vet at tidsutvidelse faktisk finner sted: