原因在于狭义相对论效应：当原子核足够大的时候，原子核对1s电子的引力足够强，使得1s电子运动速度更趋近于光速，于是电子质量增加。

质量增加的结果是，1s电子云更加向核收缩。1s电子云收缩，那么同样形状的2s到7s电子云也要收缩；s电子云收缩，那么d和p电子云就会因电子斥力向外扩张。

这个效应在元素中周期表上金原子附近最为明显。结果是，金附近的元素6s亚层能量降低，而5d亚层能量升高。宏观上，可以使得元素出现很多不符合规律的现象，包括：

一、6s2为一稳定状态，所以有-2价的铂化物，-1价的金化物，稳定的单原子汞和Hg₂²⁺离子，铊和铅的稳定价态是+1、+2而不是+3、+4。

二、5d电子比上一周期同族元素的4d电子更为活泼，因此汞有+3价、金是黄色（而银是灰色）、铂原子的外层电子为5d⁹6s¹（而钯是4d¹⁰5s⁰）；上一周期的铌、钼、钌、铑最外层电子是5s¹，而钽、钨、锇、铱是6s²。

其它效果还包括，铯是电负性最低的元素。由于重荷s亚层收缩，钫的电负性要比铯高。

国内外的普通化学教材往往只提“镧系收缩”，而没有讲这个相对论效应。镧系收缩并不能解释5d电子的能量升高。这个相对论效应的具体大小早已有人定量计算过了。