Hệ quy chiếu quán tính trong vật lý cổ điển và thuyết tương đối hẹp sở hữu tính chất là trong hệ quy chiếu này, một vật không có lực ròng tác dụng lên nó sẽ không gia tốc; nghĩa là, một vật như vậy sẽ ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động với vận tốc không đổi. Hệ quy chiếu quán tính có thể được định nghĩa trong thuật ngữ của cơ học giải tích là hệ quy chiếu mô tả thời gian và không gian một cách đồng nhất, đẳng hướng và không phụ thuộc vào thời gian. Về mặt khái niệm, vật lý của một hệ thống trong một hệ thống quán tính không có nguyên nhân nào bên ngoài hệ thống. Hệ quy chiếu quán tính còn có thể được gọi là hệ quy chiếu Galile hay không gian quán tính. Tất cả các hệ quy chiếu quán tính đều ở trạng thái chuyển động thẳng, không đổi đối với nhau; một gia tốc kế chuyển động cùng với bất kỳ thứ nào trong số chúng sẽ phát hiện gia tốc bằng không. Các phép đo trong một hệ thống quán tính có thể được chuyển đổi thành các phép đo trong một hệ thống khác bằng một phép biến đổi đơn giản (phép biến đổi Galilê trong vật lý Newton và phép biến đổi Lorentz trong thuyết tương đối hẹp). Trong thuyết tương đối rộng, trong bất kỳ vùng nào đủ nhỏ để độ cong của không thời gian và lực thủy triều là không đáng kể, người ta có thể tìm thấy một tập hợp các hệ quy chiếu quán tính mô tả gần đúng vùng đó. Trong hệ quy chiếu phi quán tính trong vật lý cổ điển và thuyết tương đối hẹp, vật lý của một hệ thay đổi tùy thuộc vào gia tốc của hệ đó so với hệ quán tính, và các lực vật lý thông thường phải được bổ sung bằng các lực hư cấu. Ngược lại, các hệ thống trong thuyết tương đối rộng không có nguyên nhân bên ngoài, bởi vì nguyên lý của chuyển động trắc địa. Trong vật lý cổ điển, ví dụ, một quả bóng rơi xuống đất không đi thẳng xuống chính xác vì Trái đất đang quay, có nghĩa là hệ quy chiếu của một người quan sát trên Trái đất không quán tính. Vật lý phải tính đến hiệu ứng Coriolis - trong trường hợp này được coi là một lực - để dự đoán chuyển động ngang. Một ví dụ khác về một lực hư cấu như vậy liên quan đến các hệ quy chiếu quay là hiệu ứng ly tâm hay còn gọi là lực ly tâm.