Paradoxul gemenilor este explicat în relativitatea restrânsă prin teoria dilatării timpului. Potrivit acestei teorii, timpul trece mai încet pentru un observator aflat în mișcare, în comparație cu un observator staționar. Astfel, dacă unul dintre gemeni călătorește la o viteză apropiată de cea a luminii, timpul lui se dilată și el îmbătrânește mai puțin decât gemenul rămas pe pământ, care observă că timpul trece normal.