La equivalencia entre la masa y la energía se establece por la expresión de la teoría de la relatividad. Dicha expresión estuvo sujeta a ciertas interpretaciones, aunque actualmente las consecuencias para la teoría de partículas de dicha ecuación están totalmente claras, y la expresión está bien demostrada desde un punto de vista experimental. Esta fórmula establece que la energía equivalente (E) se puede calcular como la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c = aproximadamente 3 × 108 m/s) al cuadrado. Similarmente, cualquier cosa que tenga energía exhibe una masa correspondiente m dada por su energía E dividida por la velocidad de la luz al cuadrado c². Debido a que la velocidad de la luz es un número muy grande en unidades cotidianas, la fórmula implica que incluso un objeto cotidiano en reposo con una cantidad modesta de masa tiene una cantidad muy grande de energía intrínseca. Las transformaciones químicas, nucleares y de otra energía pueden hacer que un sistema pierda parte de su contenido energético (y por lo tanto una masa correspondiente), liberándolo por ejemplo como luz (radiante) o energía térmica. La equivalencia masa-energía surgió originalmente de la relatividad especial como una paradoja descrita por Henri Poincaré.
La expresión {\displaystyle E=mc^{2}}E=mc^{2} implica que la presencia de una cierta cantidad de masa conlleva una cierta cantidad de energía aunque la primera se encuentre en reposo. En mecánica relativista la energía en reposo de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad de la luz al cuadrado), o que cierta cantidad de energía de un objeto en reposo por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al cuadrado. Esto tiene consecuencia en ciertas reacciones entre partículas así un neutrón en reposo puede desintegrarse del siguiente modo: {\displaystyle \mathrm {n} \to \mathrm {p} ^{+}+\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}{\mathrm {n}}\to {\mathrm {p}}^{+}+{\mathrm {e}}^{-}+{\bar {\nu }}_{e} Es decir, un neutrón desaparece al tiempo que aparece un protón, un electrón y un antineutrino electrónico en su lugar. Pero el principio relativista de la conservación de la energía implica que la energía cinética de las partículas salientes está limitada por: {\displaystyle E_{k}\leq (m_{\mathrm {n} }-m_{\mathrm {p} }-m_{\mathrm {e} })c^{2}}E_{k}\leq (m_{{\mathrm {n}}}-m_{{\mathrm {p}}}-m_{{\mathrm {e}}})c^{2} Que no tiene análogo en mecánica clásica y que está bien demostrada experimentalmente. Este fue un primer éxito de la famosa ecuación de Albert Einstein ya que permitió extender la ley de conservación de la energía a fenómenos como la desintegración radiactiva. La fórmula establece la relación de proporcionalidad directa entre la energía E (según la definición hamiltoniana) y la masa m, siendo la velocidad de la luz → c elevada al cuadrado la constante de dicha proporcionalidad.
El artículo, «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?» («¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético?»),2 se publicó en Annalen der Physik es uno de los cuatro artículos de Einstein titulados colectivamente artículos Annus Mirabilis publicados ese año en dicha revista científica. Unos meses antes, había publicado en la misma revista el artículo «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» («Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento»), en el cual expone su teoría de la relatividad especial.2 La tesis del artículo fue: «Si un cuerpo genera energía, L, en la forma de radiación, su masa disminuye por L/c²». En este caso la radiación equivale a la energía cinética y el concepto de masa era el que en la física moderna equivale a la masa en reposo. La fórmula L/c² equivale a la diferencia de masa antes y después de la expulsión de energía; esta ecuación no representa la masa total de un objeto. Cuando Einstein publicó su artículo esta fórmula era una hipótesis y todavía no se había probado a través de experimentos.
