1687年，牛顿出版了一部名为《自然哲学的数学原理》的著作，建立了以牛顿三大运动定律为基础的动力学体系。在这一动力学体系中，与具体计算关系最为密切的“第二运动定律”可用现代符号表示为：F = ma，其中m是物体的质量，F是作用在物体上的力，a是物体的加速度。这一定律引进了作为运动原因的力的概念，并将之与运动的加速度定量地联系了起来。
与引进力的概念相匹配地，《自然哲学的数学原理》一书的另一项重大成就是具体给出了一种力——而且是有着基础意义的力——的规律，这种力就是万有引力，这一规律被称为牛顿万有引力定律。牛顿万有引力定律给出了两个间距为r，质量分别为M和m的物体之间的引力F，具体形式为F = GMm/r²，其中G是一个普适常数，称为牛顿万有引力常数。
牛顿万有引力定律是真正的引力理论，且可以说是物理史上第一个称得上辉煌的理论。天体的运行、大海的潮汐都近乎完美地遵循着牛顿万有引力定律，借助这一定律的威力，天文学家们甚至像大侦探一样，依据已知天体的运动推断出了太阳系第八大行星——海王星的存在乃至位置，谱写了物理史上最令人印象深刻的篇章之一。
但是，牛顿万有引力定律虽然辉煌，它的一个特点却在另一位科学巨匠眼里成了问题，那位科学巨匠的名字叫做爱因斯坦。1905年，爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。狭义相对论一问世，牛顿万有引力定律就成了一个老大难问题。这是因为牛顿万有引力定律有一个特点，那就是不含时间，从而意味着引力的传播是瞬时的。不幸的是，狭义相对论却有一个速度上限：光速。瞬时传播的引力跟有速度上限的狭义相对论显然是相互冲突的。
爱因斯坦在1907年应德国《放射性与电子学年鉴》期刊编辑斯塔克的约稿撰写一篇综述，期间，他突然在思考这一问题上取得了后来被他称为“一生中最快乐的思想”的概念突破。1922年12月14日，爱因斯坦在日本京都大学的一次演讲中回顾了这一突破：如果一个人自由下落，他将感受不到自己的重量。这个简单的思想实验给我留下了深刻印象，将我引向了引力理论。
沿着这一思想实验的启示，爱因斯坦提出了著名的等效原理，即引力场中任何一个时空点附近都存在局域惯性参照系，其中的物理规律与不存在引力场时的惯性参照系里的物理规律相同。依据这条原理，爱因斯坦思想实验中自由下落的人之所以感受不到自己的重量，是因为他的自由下落使他处于了局域惯性参照系中，从而引力场仿佛不存在了。
等效原理为构建新的引力理论提供了思路，因局域惯性参照系里的物理规律与不存在引力场时的惯性参照系里的物理规律相同，因此可以由狭义相对论来描述。引力场中的物理规律是什么呢？答案就在爱因斯坦那“一生中最快乐的思想”里，也就是“将相对论推广到加速参照系”。
具体地说，狭义相对论有一条所谓的“相对性原理”，它要求物理规律在所有惯性参照系中都具有相同形式，而“将相对论推广到加速参照系”则要求物理规律哪怕在非惯性参照系中也具有相同形式，这被称为广义相对性原理，其数学表述被称为广义协变原理。在此基础上最终构建出来的引力理论则被称为广义相对论。
依据等效原理，引力场“有”和“无”的区别——局域地讲——只是参照系的区别，从而可以通过从局域惯性参照系到一般参照系的坐标变换来体现。引力场本身的规律该如何得到呢？爱因斯坦的研究确认了这一点，这也是他在创立广义相对论过程中付出的最艰辛的努力。
爱因斯坦场方程远比电磁场方程复杂，因为它是非线性的。不过这是意料中的结果，因为跟电磁场本身不带电荷不同，引力场本身就带有能量动量，从而本身就能产生引力场。
此外，爱因斯坦场方程还有一个鲜明特点，那就是右侧有赖于物质，而左侧只跟时空有关。左侧的里奇张量乃是时空曲率张量的缩并，在一定程度上描述了时空的弯曲。这种漂亮的几何意义，使得美国物理学家惠勒用了一句很精炼的话来概述广义相对论的特点，那就是“时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲”。
在爱因斯坦的这种全新的引力理论中，传统的牛顿引力消失了，取而代之的是弯曲的时空，为了纪念爱因斯坦的巨大贡献，这种时空也被称为爱因斯坦时空。从牛顿引力到爱因斯坦时空，是科学史上最激动人心的进展之一。
引力理论跟时空结构的这种交融在等效原理中其实已可窥见端倪，因为等效原理表明引力场中任何一个时空点附近都存在局域惯性参照系，而局域惯性参照系中的物理规律由狭义相对论所描述，局域惯性参照系中的度规是闵科夫斯基度规，这跟微分几何中每点的邻域内存在局域笛卡尔坐标系是完全相似的。两者在数学结构上的相似和交融也就不足为奇了。
从亚里斯多德算起，经过了2200多年；从伽利略和牛顿算起，经过了200多年，我们终于迎来了广义相对论与爱因斯坦时空。如今又100多年过去了，在这种全新的引力理论和全新的时空中，很多新兴研究领域已经发展壮大，引力波就是那样一个领域。