1919年当英国赴西非探险队对日食进行的观测证明了爱因斯坦的一个伟大预言：质量使空间弯曲，并造成了光线的偏折。从下图可以看到一个远处的恒星发出的光经过太阳时，光线被弯曲的时空偏折了，这使得从地球上看，该恒星的表观位置发生轻微的移动。比恒星更大的物体，比如星系、类星体或星系团，引力不仅仅只是偏折光线，它表现的像透镜一样。
如同光学透镜可以聚焦并扭曲光线，引力透镜强烈地弯曲空间使它能够放大并拉伸遥远的背景天体。通常情况下，如果观测者（地球）、透镜（大质量星系团）和光源（背景星系）三者呈较好的直线排列时，我们一般会看到背景星系被扭曲成两个弧：一个径向的朝着远离透镜的方向和一个切向的围绕着透镜的弧。偶尔，地球、透镜和光源三者间更好的排列会导致一个同样的物体形成多重像。
空间的弯曲使一些光比另一些需要更久的时间才能到达，意味着我们会在不同的时间看到同样的背景物体。只有在地球、透镜和光源三者之间最完美的排列下，引力透镜才会形成一个完整的360度的环：爱因斯坦环。虽然在理论上很久就预言了透镜的存在，但直到1979年才首次观测到该现象。