狭义相对论（包括两条基本假设和结论）只在惯性参考系（简称惯性系）中有效，所以建立狭义相对论首先要定义惯性系。

相对于一个惯性系作匀速直线运动的其他参考系也是惯性系。惯性系有三个空间坐标（）和一个时间坐标（）。三个空间坐标的定义与牛顿力学中的定义没有区别，即三维空间是欧氏空间，三个坐标轴通常取为互相垂直。狭义相对论的惯性系其时间坐标用光信号定义（即同时性定义或说“对钟”），即：

其意思是说，在坐标原点初始时刻发出的光信号在离原点的距离为的位置上的时钟接收到这个光信号时将其时间调节成上式右边给出的数值。为了完成这个时间坐标的定义，必须知道单向光速的具体数值。在假定了真空中的单向光速各向同性之后，就取双程光速的实验测量值（见光速不变原理）。