Không gian và thời gian là một đa tạp khả vi 4 chiều, nếu trong vùng không-thời gian đó không có vật chất, thì thời gian mãi trôi và không gian thì giãn nở theo một tốc độ c (tốc độ ánh sáng) so với thời gian. Do đó, mọi chất điểm, nếu chuyển động với tốc độ c, thì chịu tác dụng ds=0. Và nếu chất điểm đứng yên thì chịu tác dụng ds=cdt. Tổng quát, một vật chuyển động trong không-thời gian thì chịu một tác dụng:

\(ds^2=(cdt)^2-dr^2=(cdt)^2-(dx^2+dy^2+dz^2)\)

\(S=\int ds =c\int {dt\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}\)

Từ đó ta sẽ tính được: Năng lượng là sự thay đổi của Tác dụng S theo thời gian và Động lượng là sự thay đổi của Tác dụng S theo không gian.

\(E=-\frac{\partial S}{\partial t}\) và \(p_i=-\frac{\partial S}{\partial x_i}\)