自从爱因斯坦（Einstein）提出狭义相对论和质能关系公式E=mc²之后，说明物质可以转变为辐射能，辐射能可以转变为物质。这个结论对质量守恒定律在化学中的应用有何影响呢?实验结果证明1000g硝化甘油爆炸之后，放出的能量为8.0×10^6J。根据质能关系公式计算，产生这些能量的质量是8.9×10^-8g，与原来1000g相比，差别小到不能用实验技术所能测定。从实用观点来看，质量守恒定律是完全正确的。

20世纪以来，人们发现原子核裂变所产生的能量远远超过最剧烈的化学反应。1000g 铀235裂变的结果，放出的能量为8.23×10^16J，与产生这些辐射能相等的质量为0.914g，和原来1000g相比，质量变化已达到千分之一。于是人们对质量守恒定律就有了新的认识。在20世纪以前，科学家承认两个独立的基本定律：质量守恒定律和能量守恒定律。科学家则将 这两个定律合而为一，称它为质能守恒定律。

1756年俄国M.V.罗蒙诺索夫首先测定化学反应中物质的质量关系，将锡放在密闭容器中燃烧，反应前后质量没有变化，由此得出结论：“参加反应的全部物质的质量，常等于全部反应产物的质量。”1774年法国A.-L.拉瓦锡重复类似的实验，并得出同样的结论。

由于罗蒙诺索夫和拉瓦锡时代所用的天平不够精密，所以后来又有不少科学家用更精确的方法证明这一定律。例如19世纪中叶，比利时分析化学家J.-S.斯塔用银和碘制备碘化银，所得碘化银的质量与碘和银的总质量只相差0.002%。19世纪末，H.H.兰多尔特用很精密的天平再一次证明这一定律的正确性。

20世纪，爱因斯坦推导出了狭义相对论，他指出，物质 的质量和它的能量成正比，可用以下公式表示：E=mc²式中E为能量；m为质量；光速c=(299792.50±0.10)km/s (一般取300000km/s）。以上公式说明物质可以转变为辐射能，辐射能也可以转变为物质。这一现象并不意味着物质会被消灭，而是物质的静质量转变成另外一种运动形式。(由于当时科学的局限，这条定律只在微观世界得到验证，后来又在核试验中得到验证）所以20世纪以后，这一定律已经发展成为质量守恒定律和能量守恒定律，合称质能守恒定律。