光速を $c$、粒子の速度を $v$ として $\beta=v/c$ を定義し、これが1に近い（ $\beta \lesssim 1$）場合を相対論的粒子という。ローレンツ因子 $\gamma=1/\sqrt{1-\beta^2}$ を定義すると、静止質量 $m_0$ の相対論的粒子のエネルギーは $m_0\gamma c^2$ で与えられる。これが静止粒子のエネルギー $m_0c^2$ よりはるかに大きい粒子が相対論的粒子である。

相対論的な荷電粒子はシンクロトロン放射、逆コンプトン散乱による放射、チェレンコフ光の放射を行う。質量の小さい電子は加速されやすいので相対論的粒子になることがしばしばある（相対論的電子を参照）。