爱因斯坦最伟大的物理学成就莫过于创立广义相对论，这是一个比牛顿万有引力定律更加强大、更加普适的引力理论，它用几何效应来描述引力作用。凭借着相对论以及对量子力学的贡献，爱因斯坦与牛顿被公认为是人类史上最伟大的两位物理学家。
广义相对论认为，在物质和能量的作用下，平坦的空间会发生弯曲。无论是物体，还是光，或者其他粒子，它们在弯曲空间中都会沿着测地线运动，这样让它们的运动看起来受到了引力作用。
在1915年，通过广义相对论，爱因斯坦成功解释了水星近日点反常进动现象。此外，爱因斯坦计算出了光线经过太阳附近时所偏转的角度，这得到了爱丁顿的日食观测实验的证实。
更进一步，爱因斯坦预言，大质量天体对空间造成强烈弯曲，光线经过其中时会被大幅度弯曲。大质量天体就像透镜一样扭曲光线，产生引力透镜效应。产生显著的引力透镜效应需要满足两大条件，其一，需要质量足够大的前景天体，比如星系、星系团。其二，背景光源、大质量天体与地球刚好处在同一条线上。
在爱因斯坦提出引力透镜效应之后的半个多世纪里，受限于天文望远镜的分辨能力，天文学家都没有观测到这种现象。直到1979年，天文学家才首次观测到一个前景星系让遥远的类星体出现重影，引力透镜效应首次被发现。
此后，天文学家发现了一系列的引力透镜效应，有些可以产生环状扭曲的图像，它们被称为“爱因斯坦环”，例如，这个著名的“笑脸星系”：
“眼睛”和“鼻子”部分是位于45亿光年外的前景星系团，其强大的质量扭曲了周围时空。环状部分是76亿光年外的背景星系，它们发出的光经过前景星系团时被强烈扭曲，让我们在地球上看到了扭曲图像。
“宇宙马蹄铁星系”是另一个著名的爱因斯坦环：
圆环中心的亮斑是一个质量高达银河系100倍的前景星系，距离我们52亿光年。环状部分是背景星系，远在103亿光年之外。
除了爱因斯坦之外，还有一种更加特别的引力透镜效应——爱因斯坦十字：
这是由哈勃太空望远镜拍摄到的，十字中心的亮斑为前景星系，距离我们5亿光年。周围的四个星点其实都是同一个物体，它是远在110亿光年外的类星体QSO 2237+0305。从地球上看来，类星体与前景星系几乎完全重叠（间隔小于0.05角秒），所以才产生了奇特的爱因斯坦十字。
在爱因斯坦十字中，作为背景光源的类星体也是爱因斯坦的预言结果。类星体其实是非常活跃的超大质量黑洞，位于星系的中心。
QSO 2237+0305发出的光用了110亿年到达地球，我们看到的是110亿年前的景象。那时，宇宙才诞生28亿年，早期星系中的气体云非常丰富。星系中心的超大质量黑洞能够大量吞噬气体云，发射出强烈的电磁波。所以即便类星体距离地球极其遥远，我们仍能观测到。
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