アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論によると、物質やエネルギーの周辺の空間は歪みを生ずる。物質が運動をすると空間の歪みの様子が変化し、それが波として伝搬する。これが重力波である。
中性子星やブラックホールの衝突・合体、ビッグバンのような、大きな質量やエネルギー変動が重力波の発生源と考えられている。
アインシュタインはその伝播速度が光速と等しいとしていたが、2003(平成15)年、観測によってそれが正しいことが証明されている。