Albert Einstein w 1905 roku wprowadził szczególną teorię względności, która łączyła dwie wielkie teorie XIX wiecznej fizyki: elektrodynamikę (czyli falową teorię światła) opisywaną przez równania Maxwella oraz mechanikę klasyczną (czyli teorię masywnych obiektów) opisywaną przez prawa Newtona. W mechanice klasycznej istotną rolę odgrywa energia kinetyczna, zadana wzorem $E=\frac{1}{2}mv^2$, gdzie $m$ to masa cząstki, a $v$ to jej prędkość. Łącząc mechanikę klasyczną z elektrodynamiką Einstein znalazł zmodyfikowany wzór:

$$E=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}mc^2$$

w którym występuje dodatkowo prędkość światła $c$. Dla niewielkich prędkości (w porównaniu z prędkością światła) wzór ten potrafimy zapisać w przybliżonej formie w postaci:

$$E\approx mc^2+\frac{1}{2}mv^2$$

czyli wygląda tak, jak energia kinetyczna znana z mechaniki klasycznej z dodatkiem w postaci $mc^2$. Dodatek ten jednak nie zależy od prędkości, więc nie wpływa na przewidywania mechaniki klasycznej. Natomiast oznacza on, że każdy obiekt obdarzony masą ma w sobie skumulowane pokłady energii, które w niektórych sytuacjach można wyzwolić. Tak naprawdę to współczesny fizyk powie coś więcej: masa jest tylko jedną z form energii; tak samo jak wrzucając drewno do pieca potrafimy zamienić energię chemiczną skumulowaną w drewnie na energię cieplną, tak potrafimy też zamienić masę w energię cieplną w reaktorze jądrowym.

Najprostszą ilustracją tego procesu jest anihilacja. Paul Dirac w 1928 zapostulował istnienie antymaterii – cząstek identycznych do tych, które obserwujemy na codzień, ale o przeciwnym ładunku elektrycznym. Przykładowo: poza elektronami, które wchodzą w skład każdego atomu, istnieją również anty-elektrony. Dlaczego więc nie obserwujemy anty-elektronów na co dzień? Okazuje się, że przy zderzeniu elektronu z anty-elektronem obie cząstki znikają, produkując przy tym światło (ten proces nazywamy anihilacją), więc wszystkie powstające anty-elektrony prawie natychmiast zderzają się z jakimś elektronem, wskutek czego anty-elektron przestaje istnieć. Efekt odwrotny również następuje, gdy wyprodukujemy wiązkę światła o wysokiej energii to może ona wyprodukować elektrony i anty-elektrony w parach (ten proces nazywamy produkcją par).

W praktyce nie mamy dostępu do anty-materii w dużych ilościach, jednak poza anihilacją istnieją inne metody na pozyskanie energii z masy. W wyniku takich procesów działają np. elektrownie i bomby jądrowe, które wykorzystując ciężkie pierwiastki takie jak uran, są w stanie niewielki procent ich masy zamienić na ogromne ilości energii.