Les effets relativistes sont un ingrédient nécessaire de la géophysique et de l'astrophysique observationnelle moderne. Effectivement, les missions spatiales d'astronomie, d'astrophysique et de géophysique actuelles et futures nécessitent une précision accrue en métrologie/astrométrie, pour laquelle les effets gravitationnels relativistes seront de plus en plus incontournables. En témoignent les recommandations 2000 de l'Union Astronomique Internationale (UAI) qui visent, entre autres, à spécifier et à clarifier la nomenclature en matière de systèmes de référence relativistes, de transformations des temps et coordonnées spatiales, d'équations post-Newtoniennes du mouvement. Une analyse relativiste native et cohérente des missions spatiales (mouvement des satellites et trajectoire des faisceaux lasers échangés inter-satellites ou satellites-sol, transfert de temps-fréquences, systèmes de référence espace-temps), doit donc être envisagée.

   En effet, Einstein a montré que la matière-énergie de par sa masse et son mouvement forme et déforme l'espace-temps.

  La clef d'une approche cohérente de la géodésie spatiale dans le cadre de la relativité générale est l'utilisation de la mérique de l'espace-temps appropriée. La métrique doit refermer toutes les informations sur le(s) champ(s) gravitationnel(s) significatifs et est fournie dans un système de référence espace-temps approprié au problème (voir Recommandations IAU2000).

    En relativité générale, l'espace et le temps sont intimement liés, d'où la terminologie "espace-temps". On utilise donc des systèmes de références et des transformations de coordonnées quadri-dimensionnels, et non plus tri-dimensionnels comme en gravitation classique.

     On distingue entre autres :

- le système de référence barycentrique dit Barycentric Coordinate Reference System -BCRS- (et sa métrique correspondante) approprié lorsque le corps gravitationnel central du problème est le Soleil;

- le système de référence géocentrique dit Geocentric Coordinate Reference System -GCRS- (et sa métrique correspondante) approprié lorsque le corps gravitationnel central du problème est la Terre;

- un système de référence planétocentrique, analogue au GCRS.

    En Relativité, le temps n'est pas absolu.

    Le temps propre, t , est une quantité observable, mesurée par une horloge en un point particulier de l'espace temps. Par contre, le temps de coordonnée (t=Temps de Coordonnée Barycentrique -TCB- ou T=Temps de Coordonnée Géocentrique -TCG-) n'est qu'une coordonnée au sens mathématique du terme, qui peut uniquement être calculée à partir de t, grâce à la métrique qui est le lien entre t et t (ou t et T).
La dilatation du temps gravitationnel relativiste (entre une horloge au sol, t₁, une horloge en orbite autour de la planète, t₂, et le temps de coordonnée T) n'affecte pas l'efficacité des horloges à mesurer ou à maintenir leurs temps propres, respectivement t₁ et t₂. Mais aucune horloge physique ne peut maintenir un temps de coordonnée.

    Deux horloges situées en des points différents du champ gravitationnel (altitude différente au dessus du géoïde) ne battent pas le même temps propre t₁ et t₂. On parle de décalage en fréquence gravitationnel relativiste (ou effet d'Einstein). Cet effet s'additionne au Doppler usuel (tel que calculé en relativité restreinte), lié au mouvement relatif des horloges.

    La trajectoire suivie par une particule test non-massive (photon) dans un champ gravitationnel donné est fournie par l'équation des géodésiques de la relativité générale, calculée pour la métrique correspondante au champ gravitationnel considéré.

On parle de lien laser relativiste quand on calcule le temps de transfert  des photons, en termes de temps de coordonnée t_{R -} t_E, entre un émetteur "E" (au sol ou en mouvement dans le champ gravitationnel, voire la trajectoire d'une particule test massive ci-dessous) et un récepteur "R" (au sol ou en mouvement dans le champ gravitationnel) dans le cadre de la relativité générale. Pour se faire, on égalise la trajectoire de l'émetteur et la géodésique du photon au temps d'émission t_E, ainsi que la trajectoire du récepteur et la géodésique du photon au temps de réception t_R.

    Cette méthode permet de prendre en compte tous les effets gravitationnels classiques, ainsi que des effets relativistes restreints et gravitationnels relativistes correspondant au niveau de développement de la métrique.

Citons parmis les effets gravitationnels relativistes :
- la déflexion de la lumière (le corps gravitationnel central déforme, de par masse, le "matelas" de l'espace temps, si bien que le photon suit la courbure de l'espace-temps et ne voyage plus en ligne droite sur ce "matelas", causant un retard dit de Shapiro);
- le décalage en fréquence gravitationnel relativiste.

    La trajectoire suivie par une particule test massive (satellite) dans un champ gravitationnel donné est fournie par l'équation géodésique de la relativité générale (en l'absence de toute force non gravitationnelle, ou une équation généralisée en présence de forces non gravitationnnelles), calculée pour la métrique correspondante au champ gravitationnel.
    Cette équation prend en compte de tous les effets gravitationnels classiques, ainsi que des effets relativistes restreints et gravitationnels relativistes correspondant au niveau de développement de la métrique.

Citons parmis les effets gravitationnels relativistes:
- la précession de Schwarzschild (le corps gravitationnel central déforme, de par sa masse, le "matelas" de l'espace temps, si bien que la particule test suit la courbure de l'espace-temps et ne voyage plus en ligne droite sur ce "matelas", causant la précession du périhélie de Mercure par exemple);
- l'effet de Lense-Thirring, dit Frame-Dragging (le corps gravitationnel central entraine, de par sa rotation, le "matelas" de l'espace temps et donc le système de référence, dans lequel la particule test voyage);
- la précession géodésique, dite précession de De Sitter (le corps gravitationnel central, de par sa masse, exerce un couple sur le moment angulaire de la particule test).

Il y en a beaucoup (voir plus haut). Un des axes majeurs de travail consiste à écrire et étudier l'ensemble des problématiques de la géodésie spatiale et de ses thémmatiques associées dans le cadre natif de la relativité générale, pour ne plus avoir comme c'est encore le cas presque toujours actuellement, à considérer qu'il suffit d'appliquer aux théories classiques des corrections relativites. On gagne en cohérence d'approche.