根据相对论的时间膨胀效应，由于天宫二号在太空中飞行，那上面的时间流逝速率与地球上相比会有所不同。不过，只有在接近光速和强引力场的情况下，时间膨胀效应才会变得很显著。天宫二号和地球的时间流逝速率差异其实很小，小到只有用原子钟才能测出来。
首先，根据狭义相对论的动钟变慢效应，天宫二号上的时间（ΔT）过得地球上（Δt）更慢。天宫二号的轨道高度为393公里，对应的轨道速度（v）为7.68公里/秒，相当于真空光速（c）的0.00256%。由动钟变慢效应可得：
代入具体数值，则有ΔT≈0.999999999672Δt，这意味着地球上过一秒，天宫二号上会比地球上慢了0.328纳秒。累计一年，天宫二号上的时间也只会变慢10.35毫秒。
其次，根据广义相对论的引力时间膨胀效应，地面比天宫二号距离地心更近，受到的引力作用更强，所以时间会过得更慢。由引力时间膨胀效应可得：
上式中，ΔT为参照系与地心距离为r处的时间，Δt0为距离引力场无限远的时间，G为万有引力常数，M为地球的质量。
代入具体数值，经过化简之后，可以得到天宫二号上的时间ΔT2和地球上的时间ΔT1关系：
ΔT2≈1.0000000000404ΔT1
这意味着地球上过一秒，天宫二号上会比地球上快了0.0404纳秒。累计一年，天宫二号上的时间也只会变快1.27毫秒。
因此，同时考虑狭义相对论和广义相对论的时间膨胀效应，天宫二号上的时间过得比地球上慢。但两个参照系的时间流逝速率差异很小，地球上每过1年的时间，天宫二号上的时间才会慢了9.1毫秒。
另外，如果是对于轨道高度为两三万公里的导航卫星，比如，位于轨道高度为3.58万公里的地球同步轨道上的北斗-G3，那里的广义相对论效应将要比狭义相对论效应更为显著，使得导航卫星上的时间过得比地球上更快，每天走快大约数十微秒。虽然这个时间差得很小，但乘以光速就是一个不小的数字，所以必须要消除掉这种不可忽视的误差。
