Vytvoril špeciálnu (1905) a všeobecnú teóriu realitivity (1916), ktorá ako zovšeobecnená gravitačná teória je základom modernej kozmológie a relativistickej astrofyziky. Jeho práce podstatne ovplyvnili vývoj astronómie (posun Merkúrovho perihélia, ohyb svetla v gravitačnom poli, červený posun, gravitačný kolaps atď.).