根据狭义相对论的光速不变原理，任何观察者测得的真空中的光速（c）都没有区别，无论观察者相对于光源存在怎样的运动。例如，假如一列火车以速度v向前做匀速直线运动，A在火车上以速度u向前抛出一个小球（PS：现实中不要去尝试），B在火车上以速度b向前走动，C静止在地面上，问小球相对于这三名观察者的速度有多快？我们很容易会得出以下的结论：A测得小球的速度为u，B测得小球的速度为u-b，C测得的小球速度为v+u。然而，如果把小球换成光，那么，三名观察者测得这束光的速度都是c，无论火车的运动速度有多快，这个结果不会有任何的差别。这个原因在于如果速度趋于光速，速度叠加方法不能再用平行四边形法则，而是需要用到狭义相对论的形式：
根据上式可知，无论观察者相对于光源的速度有多快，最终测出的光速都是c。此外，观察一下上式中的分母1+uv/c^2，对于低速的情况，1+uv/c^2≈1，上式就变成了我们平时都会用到的形式。因此，我们平时用平行四边形法则计算合速度都只是实际情况的近似，只是这个误差相当小，可以忽略不计。
至于“为什么非得光速不变？”这个问题，如果非要说个原因的话，只能说这就是一个事实。联立麦克斯韦方程组，能够得到如下的关系式：
其中ε0是真空介电常数，μ0是真空磁导率，这两者都是常数。所以光在真空中的传播速度是一个定值，不同参照系中的观察者测得的结果不会有任何的区别。后来，迈克尔逊和莫雷通过光的干涉实验证实了光速不变原理。因此，狭义相对论的基石是非常牢固的，这也是为什么这个理论能够不断地经受住考验。
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