Une autre conséquence de la transformation de Lorentz est la contraction des longueurs.

La longueur propre d’une règle est, par définition, la longueur de cette règle mesurée dans le référentiel galiléen où cette règle est au repos.

Comment mesurer dans un référentiel R₁ la longueur d’une règle en mouvement ? En réfléchissant à l’exemple d’un train en mouvement, on voit qu’il faut déterminer dans R₁ les positions des extrémités du train au même instant t₁ de R₁. Il ne nous viendrait pas à l’idée de repérer à un instant la position de la locomotive et, plus tard, la position du wagon de queue.

Ainsi, considérons deux référentiels R₁ et R₂ dans les conditions de la transformation de Lorentz. Une règle de longueur propre L₂ est fixe dans R₂ et disposée suivant O₂x₂ : D x₂ = L₂. Pour connaître la longueur L ₁ = D x₁ de cette règle dans R₁, il faut déterminer la différence des abscisses de ses extrémités au même instant t₁ de R₁ à l’aide de la transformation de Lorentz.

donc :

On obtient:

Cela exprime la contraction des longueurs par le fait qu’une longueur mesurée en mouvement sera plus courte qu’une longueur propre. 

L₁ n’est pas une longueur propre et elle est effectuée en repérant simultanément au même instant t₁ de R₁ les extrémités de la règle à mesurer. On peut remarquer par la transformation de Lorentz que le mesure de L₂ (la longueur propre) n’est pas une mesure simultanée. En effet :

Même si t₁ est le même dans R₁, dans R₂ les temps sont différents (t_2a ¹ t_2b) parce que les positions dans R₁ sont différentes et x_1a ¹ x_1b.

On remarque aussi que, comme pour la dilatation du temps, il y a réciprocité du phénomène, conformément au principe de relativité. Autrement dit, une règle de R₁ de longueur propre L₁ dirigée suivant O₁x ₁ apparaîtra contractée dans R₂ où on lui attribuera la longueur L₂ :

Enfin, d’après les relations y₂ = y₁ et z ₂ = z₁ de la transformation de Lorentz, il résulte immédiatement que la longueur d’une règle placée perpendiculairement à la direction du mouvement est la même dans les deux référentiels.