Thuyết tương đối rộng rất thành công trong việc cung cấp một công cụ cho các mô hình chính xác miêu tả một loạt các hiện tượng vật lý. Mặt khác, hiện tại có rất nhiều câu hỏi mở thú vị, và đặc biệt, thuyết tương đối rộng vẫn chưa hoàn toàn hoàn thiện.[42]

Ngược lại với mọi lý thuyết hiện đại khác về các tương tác cơ bản, thuyết tương đối tổng quát là một lý thuyết cổ điển: nó không bao gồm các hiệu ứng của vật lý lượng tử. Quá trình tìm kiếm một lý thuyết lượng tử cho hấp dẫn là một trong những câu hỏi mở căn bản nhất trong vật lý. Trong khi có những ứng cử viên hứa hẹn cho một lý thuyết hấp dẫn lượng tử, điển hình là thuyết dây và hấp dẫn lượng tử vòng, hiện tại vẫn chưa có một lý thuyết nào nhất quán và hoàn thiện. Các nhà vật lý từ lâu đã hy vọng rằng lý thuyết hấp dẫn lượng tử có thể loại bỏ một điểm còn thiếu sót, chưa khắc phục được trong thuyết tương đối tổng quát: đó là sự có mặt của các kì dị không thời gian. Những kì dị này là biên ("cạnh sắc") của không thời gian tại đó hình học trở thành vô hạn (ill-defined), và hệ quả là thuyết tương đối rộng mất đi sức mạnh tiên đoán của nó trong kì dị này. Hơn thế nữa, định lý kì dị Penrose-Hawking cũng tiên đoán rằng những kì dị như thế phải tồn tại trong vũ trụ nếu các định luật của thuyết tương đối tổng quát được thỏa mãn mà không cần bất kì sự sửa đổi lượng tử nào. Những ví dụ tốt nhất là những kì dị gắn với mô hình vũ trụ miêu tả lỗ đen và sự bắt đầu của vũ trụ.[43]

Những cố gắng khác để sửa đổi thuyết tương đối tổng quát đã được thực hiện trong bối cảnh của vũ trụ học. Trong những mô hình vũ trụ học hiện đại, phần lớn năng lượng trong vũ trụ có dạng chưa từng được xác định một cách trực tiếp, gọi là năng lượng tối và vật chất tối. Đã có một vài đề xuất gây tranh cãi để xóa bỏ sự cần thiết cho những dạng năng lượng và vật chất bí ẩn này, bằng cách thay đổi các định luật chi phối hấp dẫn và những động lực cho sự giãn nở của vũ trụ, ví dụ sửa đổi động lực Newton.[44].

Có một số những lý do khác khiến việc sửa đổi lý thuyết Einstein là cần thiết, với thang khoảng cách nhỏ hơn, gọi là dị thường Pioneer, đặt tên cho các con tàu thám hiểm vũ trụ Pioneer 10 và Pioneer 11 liên quan đến những hiệu ứng này. Khi tính đến mọi ảnh hưởng, hấp dẫn hay những lực khác, chúng ta có thể tiên đoán đúng quỹ đạo của các con tàu này. Nhưng những quan sát cho thấy có một sự khác biệt khá nhỏ giữa những tiên đoán này và vị trí thực của các con tàu. Khả năng có những thuyết vật lý mới vẫn chưa bị bác bỏ, mặc dù nhiều cố gắng toàn diện để tìm ra các cách giải thích hợp lý.[45]

Ngoài những thách thức của các hiệu ứng lượng tử và vũ trụ học, nghiên cứu về thuyết tương đối tổng quát cũng phong phú với những khả năng khám phá có thể trong tương lai: các nhà tương đối học sử dụng công cụ toán học để khám phá bản chất của những kì dị và các tính chất cơ bản của phương trình trường Einstein,[46] và hơn thế nữa đó là thực hiện các mô phỏng máy tính chi tiết về những không thời gian xác định (như việc miêu tả các lỗ đen hòa trộn vào nhau),[47] và cuộc chạy đua xác định được một cách trực tiếp đầu tiên về các sóng hấp dẫn vẫn đang tiếp tục diễn ra.[48] Hơn 90 năm sau khi lý thuyết được công bố lần đầu tiên, các nghiên cứu về nó đang tích cực hoạt động hơn bao giờ hết.[49]