速度相加定理描述了在不同慣性參考系中，如何合併兩個速度矢量以得到一個總速度矢量。在經典物理學中，伽利略的速度相加定理認為，如果一個物體以速度v相對於地面運動，而另一個物體（如旅客）以速度u'相對於第一個物體（如火車）運動，那麼旅客相對於地面的速度u可以通過簡單的矢量和得到，即u=u'+v。
然而，在狹義相對論中，速度相加的方式更為複雜。如果所有速度均沿兩個慣性系K和K'的公共軸X—X'的方向，那麼旅客相對於地面的速度u可以通過洛侖茲變換式計算得到，即u=(u'+v)/(1+u'v/c²)，其中c是光速。
這一修正考慮到了相對論效應，即在高速運動時，時間的流逝速度和物體與空間的長度會隨著觀察者所處的位置的不同而變化。這意味著，在高速運動的情況下，經典物理學中的速度相加定理不再適用，需要採用狹義相對論的速度相加定理。