当外力作用于小球时，小球开始加速。在“静止系”和“运动系”上观测到小球的加速度是相同的。因此，牛顿第二定律，即只决定物体加速度（而非初始速度）的力的定律，在两个参考系中都是等价的。我们只通过测量粒子（小球）的运动，无法得知当前参考系的运动速度；反过来，我们只要知道了小球在当前参考系下某一时刻的运动，通过牛顿第二定律，便能够预测其在未来任何一个时刻的速度，这也与小球所在的参考系本身的运动无关。综上所述，相对一个已知的惯性系做匀速直线运动的所有参考系都是惯性系，而牛顿运动定律并不能说明什么是严格意义上的真正的惯性系。
在大多数情况下为简单起见，忽略掉微弱的自转和公转运动，地球可以被近似认为是惯性系，因此地球上物体的运动满足牛顿运动定律。同样地，任何相对于地球做匀速直线运动的物体，例如火车、轮船、电梯等，也可以被看作惯性系。这很符合人们的日常经验：在没有颠簸、转弯的火车或者轮船上，人们可以像在地面上一样进行各种球类运动。
因此，对于力学规律而言，一切惯性系都是等价的，这一定律被称为力学相对性原理（Relativityprincipleofmechanisticphysics），它是牛顿运动定律的推论，它的描述对象为相对运动，而不是牛顿运动定律中的绝对运动。上面为相对性原理的正面表述，其反面表述为：不可能借助惯性参考系中的力学实验来确定该参考系匀速直线运动的速度。
相对性原理本是在牛顿理论体系中提出的，是牛顿力学体系的基本特征。然而，把相对性原理推广到一切物理学则是爱因斯坦的伟大贡献。他认为相对性原理比牛顿运动定律更适合成为描述所有物理现象的理论基石，因为相对性原理在牛顿运动定律失效的情况下仍然成立。
以太：力学的假设
从各种光学现象（光的反射、折射等）出发而建立的光学理论主要包括两大相互对立的体系：牛顿提出的光的微粒说（Corpusculartheory），以及和牛顿同时代的荷兰物理学家、天文学家、数学家惠更斯（1629—1695）提出的光的波动说（Wavetheory）。在微粒说中，光被看作一束满足牛顿运动定律的粒子流；而在波动说中，光是一种在某介质中传播的振动，类似于在空气中传播的声波。1850年，在精于光学和电磁学实验的法国科学家阿拉戈（1786—1853）及以发明傅科摆闻名的法国物理学家傅科（1819—1868）等人的研究努力下，光的波动说占据了主流的地位。然而在此之后，出生于苏格兰爱丁堡的物理学家、数学家麦克斯韦（1831—1879）开创了电动力学，预言光的本性为电磁波，光是由电场和磁场的振动产生的。他的理论计算和德国物理学家海因里希·赫兹（1857—1894）的实验工作一同促成了光的电磁波理论的普及。
振动的传播需要介质，波是介质中振动状态的传播。例如，声音是由空气中分子的振动来传播的，在真空中声音无法传播；地震波的传播依赖于地球内部或表层物质的振动；水波则是由表面的水分子运动而传播的。然而，即使太空中没有任何物质作为介质，遥远星星发出的光却仍然能够到达地球。基于根深蒂固的力学思想，人们认为必然存在某种介质在太空中承载光的传播，这一介质被称为以太（Ether）。
若是认为光的传播和声音类似，则我们需要回答两个问题。当飞机或者抛体在空气中运动时，由于空气的摩擦，它们受到了一定的阻力，其中一部分空气也黏着于物体上被拖拽而随之运动。那么这两个问题是：能否通过以太来探测物体的运动，比如地球绕着太阳的运动？以太会不会像空气一样，阻碍其中物体的运动？是否也会有拖拽作用？
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