丹麦天文学家罗默（Ole Romer）在17世纪首次成功地计算出光速。他使用木星的一颗卫星有规律的轨道运动作为计时器，每次这颗卫星被巨大的行星（木星）所掩食，他便记录下一个“滴答”。但他发现，从地球上观察，这些滴答的出现并不像预想的那么规律，在一年之中会时而快几分钟，时而慢几分钟。罗默计算出，这些时延是木星和地球在绕太阳运动时它们之间的距离变化所引起的。通过计算一年里地球、木星及其卫星在轨道上的相对位置，他算出了光穿过宇宙空间的速度。罗默于1676年向法国科学院提交了他的结果，数值与目前被接受的值之差不超过30%。对光之本性的理论探讨也使人们对光速有所了解。19世纪60年代中期，苏格兰科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦创建了一组方程，描述电磁场在空间中的行为。这个方程的一个解表明，电磁波在真空中必须以约为每秒30万公里的速度传播，与罗默及其后人的测量结果相当接近。伦敦皇家研究院的迈克尔·法拉第用电场和磁场的概念解释静电力和磁场力，并表明光会受到磁场影响。这证实了可见光事实上是电磁波谱中的一部分。对电磁波谱其它部分——微波，红外线，紫外线，X射线和γ射线——传播速度的直接测量表明，它们在真空中都有相同的速度。用于测量光速的实验不断地变得更精确。到20世纪50年代，电子计时装置已经取代了古老的机械设备。20世纪80年代，通过测量激光和频率（f）和波长（λ），运用c=fλ公式计算出了光速（c）。这些计算以米和秒的标准定义为基础，就像现在一样，1米定义为氪-86源产生的光的波长的1,650,763.73倍，1秒则定义为铯-133原子超精细跃迁放出的辐射频率的9,192,631,770倍。这使得c达到非常高的精度，误差只有十亿分之几。1983年，光速取代了米被选作定义标准，约定为299,792,458米/秒，数值与当时的米定义一致。秒和光速的定义值，表示1米从此定义为光在真空中1/299,792,458秒内走过的距离。因此自1983年以来，不管我们对光速的测量作了多少精确的修正，都不会影响到光速值，却会影响到米的长度。你有多高事实上是由光速定义的。但光速还定义着比长度更加基本的东西。阿尔伯特·爱因斯坦的工作表明了光速的真正重要性。由于他的功劳，我们知道，光速不仅仅是光子在真空中运动的速度，还是连接时间与空间的基本常数。爱因斯坦年轻的时候曾经问自己，如果人运动的速度快到足以跟上光的脚步，光看起来是什么样子的。理论上它看上去像是你身边一个静止的峰，但爱因斯坦知道，麦克斯韦方程组不允许这种结果出现。他得出结论认为，要么是麦克斯韦的理论不适用于运动中的观察者，要么是相对运动力学需要更改。爱因斯坦在他1905年发表的狭义相对论里解决了这个问题。这一理论基于一个通用原则：相对任何以恒定速度运动的观察者来说，不管这个速度是多少，物理原理及光速都是一样的。爱因斯坦的狭义相对论使我们对时间和空间的观念发生了革命性的变化，强调了光速在物理学中的根本地位。想象你在一枚火箭里，与一道激光脉冲一同冲入宇宙空间。地球上的观察者会看到这一脉冲以光速远去。无论你相对于地球运动的速度为多少，譬如光速的99%罢，光线仍以光速超越你。看起来似乎很荒谬，但这是真的。使这为真的唯一途径，就是你火箭中的居住者和地球表面的观察者以不同方式衡量时间和空间。时间与空间看上去当然是不同的，这依赖于你是在地球上还是在宇宙空间里。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为时空几何结构的扭曲。这种说法的一个推论，就是始终沿可能的最短路径穿越时空的光线，在大质量物体附近会弯曲。这在1919年日食期间观测掠过太阳附近的星光被太阳的质量所弯曲而得到证明。这一观测使爱因斯坦的理论最终得到接受，并为他赢得了世界性的声誉。但按照基本力学原理，如果光线偏转，它会被加速。这是否将使光速发生变化，动摇相对论的根本原则？在某种意义上是对的：我们从地球上观察到的光速，在它从太阳附近经过时确实会变化。然而相对论和光速不变原理不能被抛弃。
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