Energia i pęd cząstki są wielkościami, które zależą od układu odniesienia (obserwatora). Jeżeli więc dwa układy odniesienia $\cal U$ i ${\cal U}’$ poruszają się względem siebie to energia $\epsilon$ danej cząstki względem układu $\cal U$ jest inną wielkością fizyczną niż energia $\epsilon’$ tej samej cząstki względem układu ${\cal U}’$. Podobnie, pęd $\vec{p}$ cząstki względem układu $\cal U$ jest inną wielkością fizyczną niż pęd $\vec{p}’$ tej cząstki względem układu ${\cal U}’$. Zatem danej cząstce można jednocześnie przypisać zarówno wielkości $(\epsilon,\vec{p})$ jak i $(\epsilon’,\vec{p}’)$ — pierwsza para charakteryzuje cząstkę z punktu widzenia układu $\cal U$, zaś druga para z punktu widzenia układu ${\cal U}’$. W konsekwencji cząstka nie musi „wiedzieć” czy będzie obserwowana przez obserwatora związanego z układem $\cal U$ czy z układem ${\cal U}’$ i nie musi w związku z tym zachodzić jakakolwiek zmiana jednej energii na drugą czy jednego pędu na drugi.

W szczególnej teorii względności każda cząstka bezmasowa, taka jak foton, porusza się z prędkością o tej samej wartości (równej wartości prędkości światła w próżni, oznaczanej jako c) względem każdego inercjalnego układu odniesienia. Jeżeli jednak dwa inercjalne układy $\cal U$ i ${\cal U}’$ poruszają się względem siebie, to mimo tej samej wartości prędkości fotonu w obu układach jego energia $\epsilon$ nie będzie równa jego energii $\epsilon’$ i podobnie jego pęd $\vec{p}$ nie będzie równy jego pędowi $\vec{p}’$. Zatem jeżeli obserwator związany z układem ${\cal U}$ postrzega dany foton jako zielony, to obserwator związany z układem ${\cal U}’$ zobaczy ten sam foton jako foton innego koloru.