Представим себе двух близнецов, Артура и Игоря, которым исполнилось 20 лет. Артур отправляется в космическое путешествие к звезде, которая находится за 10 световых лет от Земли на корабле, который движется со скоростью 86,6% от скорости света, а затем возвращается на Землю, в то время как Игорь остается на Земле. Корабль Артура совершает полет на расстояние 20 световых лет, и это путешествие занимает 23 года по земному времени. Однако на корабле время течет иначе из-за эффекта замедления времени: поскольку корабль движется с высокой скоростью, процессы на борту, в том числе течение времени, происходят медленнее. Фактор Лоренца (показатель, который определяет, насколько замедляется время) при такой скорости равен 2, то есть для Артура время будет течь в два раза медленнее, чем для Игоря на Земле.
Когда Артур возвращается на Землю, оказывается, что ему 31 год, а Игорю — 43 года. Это значит, что хотя прошло 23 года по времени Земли, для Артура прошло только 11,5 лет. Такой разрыв во времени происходит из-за эффекта замедления времени: для Артура, который двигался с очень большой скоростью, время шло медленнее. Однако нельзя ли сказать, что относительно Артура Игорь, оставшийся на Земле, также двигался с высокой скоростью? Это и есть парадокс близнецов. Игорь, оставшийся на Земле, считает, что Артур двигался в космосе, и поэтому время для Артура должно было замедлиться. Артур, напротив, думает, что он был в покое на корабле, а Земля и Игорь удалялись от него и приближались к нему, так что время на Земле должно было идти медленнее. Однако этот "парадокс" легко разрешается, если учесть, что Артур в процессе своего путешествия дважды менял направление движения: сначала он двигался к звезде, а затем развернулся и полетел обратно. Эти изменения направления означают, что Артур переходил из одной инерциальной системы отсчета в другую (из одного равномерного движения в другое), тогда как Игорь все время оставался в одной и той же инерциальной системе на Земле. Из-за этих переходов Артур испытывал ускорения и замедления, которые изменяли его восприятие времени. Это привело к тому, что его "счетчик времени" оказался меньше, чем у Игоря, несмотря на кажущееся противоречие в том, кто из них действительно двигался. Следовательно разница в возрасте при встрече объясняется тем, что Артур менял свою систему отсчета, а Игорь — нет.
Таким образом, этот пример показывает, что восприятие времени зависит от движения наблюдателя, и иллюстрирует принципы специальной теории относительности.