1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应，为了说明迈克孙-莫雷实验的结果，他独立地提出了长度收缩的假说，认为相对以太运动的物体，其运动方向上的长度缩短了。1895年，他发表了长度收缩的准确公式，即在运动方向上，长度收缩因子为。1899年，他在发表的论文里，计论了惯性系之间坐标和时间的变换问题，并得出电子与速度有关的结论。1904年，他发表了著名的变换公式（J. H. 庞加莱首先称之为洛伦兹变换 - Lorentz transformation）和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。 　　1875年前，光的电磁理论与物质分子理论相结合的统一设想，还没有被人明确提出。此后，洛伦兹对这一问题进行深入研究，写出了题为《光的反射与折射理论》论文，对光的旧波动理论与光的新电磁理论作了综合性评述，最后明确提出了这一统一设想，不仅使麦克斯韦的电磁理论有了更加坚实的物理基础，而且据此创立了物质的电子论。随后他又根据电子论，确立了电子在磁场中所受的力即“洛伦兹力”的概念。与此同时，他还与其同胞塞曼一起，发现并验证了塞曼效应。塞曼效应是一种解释置于磁场中的光源发射的各种谱线，受磁场影响分裂成几条，各分谱线之间间隔的大小与磁场强度成正比的理论。塞曼最先发现这一现象并对其进行了研究，但他通过研究在理论上虽然可以正确解释这一现象，却在实验中遇到了难题。洛伦兹对此进行反复实验，终于找到了问题的症结所在，用实验证实了塞曼理论的正确，使塞曼效应在理论和实验上都站住了脚，成了物理学中的一个经典定律。　 　　在狭义相对论中，洛伦兹变换是最基本的关系式，狭义相对论的运动学结论和时空性质，如同时性的相对性、长度收缩、时间延缓、速度变换公式、相对论多普勒效应等都可以从洛伦兹变换中直接得出。例如，狭义相对论关于不同惯性系之间物理事件时空坐标变换的基本关系式。设两个惯性系为S系和S′系，它们相应的笛卡尔坐标轴彼此平行，S′系相对于S系沿x方向运动，速度为v，且当t=t′=0时，S′系与S系的坐标原点重合，则事件在这两个惯性系的时空坐标之间的洛伦兹变换为x′=γ（x－vt），y′=y，z′=z，t′=γ（t－vx/c2），式中γ=（1－v2/c2）-1/2；c为真空中的光速 。不同惯性系中的物理定律必须在洛伦兹变换下保持形式不变。　 　　在相对论以前，H.A.洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发，考虑物体运动发生收缩的物质过程得出洛伦兹变换。在洛伦兹理论中，变换所引入的量仅仅看作是数学上的辅助手段，并不包含相对论的时空观。爱因斯坦与洛伦兹不同，以观察到的事实为依据，立足于两条基本原理：相对性原理和光速不变原理，着眼于修改运动、时间、空间等基本概念，重新导出洛伦兹变换，并赋予洛伦兹变换崭新的物理内容。