Le quattro equazioni di Lorentz, meglio note come trasformazioni di Lorentz, sono le corrette trasformazioni tra sistemi di riferimento inerziali in ambito relativistico. In altre parole sono le formule che permettono di trasformare le coordinate spazio-temporali tra diversi sistemi di riferimento inerziali quando le velocità sono molto alte, non trascurabili rispetto alla velocità della luce nel vuoto c (circa 300000km/s). Sono quattro perchè ce n’è una per ogni coordinata (tre spaziali più il tempo) anche se in generale, come nel seguito di questa risposta, si semplifica il discorso ponendosi nel caso di una singola coordinata spaziale.
Procedendo con diversi esperimenti sulla luce si è messa in evidenza una verità sperimentale molto importante: la luce viaggia nel vuoto con la stessa velocità qualunque sia l’osservatore. In altre parole, se consideriamo tre persone, una ferma rispetto ad una lampadina, una che si muove avvicinandosi ad essa e una in moto di allontanamento, il nostro senso comune ci direbbe che la terza persona dovrebbe misurare una velocità di propagazione della luce minore degli altri due, mentre la seconda dovrebbe misurarne una maggiore. Invece tutti e tre misurano lo stesso valore. Questo non è compatibile con le regole galileane per il cambio di sistema di riferimento. In ambito galileano le coordinate si trasformano secondo le formule
In base a queste regole di trasformazione se c’è un moto relativo la velocità degli oggetti cambia di una quantità fissa, per cui evidentemente queste trasformazioni non sono del tutto corrette, perchè prevederebbero una velocità di propagazione della luce nel vuoto che varia a seconda dell’osservatore.
Invece le trasformazioni corrette per il cambio di sistema di riferimento sono quelle di Lorentz, che considerando una singola coordinata spaziale, sono
dove 
e 
. E’ facile verificare che se v è molto piccola rispetto a c le trasformazioni di Lorentz diventano quelle di Galileo. A partire da queste trasformazioni si possono ricavare facilmente tutte le formule che regolano i fenomeno relativistici di cui si parla in tutte le risposte di questa sezione.
Chiaramente queste trasformazioni, che sono in genere quelle riportate sui testi e quelle usate maggiormente, sono ricavate nell’ipotesi semplificativa che la velocità relativa tra i sistemi di riferimento sia parallela all’unica dimensione spaziale rilevante. Nel caso più generale possibile invece è necessario tenere conto della presenza di tutte e tre le dimensioni spaziali e quindi da qui discende che le trasformazioni di Lorentz sono quattro, una per ogni dimensione spaziale più quella per la dimenzione temporale.