Sự thành công đầu tiên của thuyết tương đối hẹp đó là nó giải thích được sự mâu thuẫn trong kết quả thu được ở thí nghiệm Michelson-Morley và lý thuyết điện động lực học, trong khi đó lý thuyết điện động lực học còn được coi là cơ sở cho sự phát triển của thuyết tương đối hẹp. Lý thuyết đã được chứng minh là đúng đắn qua rất nhiều thí nghiệm và thực nghiệm,[48] như thí nghiệm Ives–Stilwell. Một ví dụ điển hình đó là việc phát hiện muon trong tia vũ trụ, mà những hạt này không thể tới bề mặt Trái Đất được với thời gian sống rất ngắn của chúng nếu không có hiệu ứng giãn thời gian khi chúng chuyển động với tốc độ gần bằng với tốc độ ánh sáng, hoặc các hạt muon chuyển động với một quãng đường ngắn hơn do sự co độ dài. Chứng cứ cho điều này đến từ các cuộc bay bằng khinh khí cầu vào tầng bình lưu thực hiện bởi nhà vật lý Thụy Sĩ Auguste Piccard trong các năm 1931 và 1932, mà quá trình chuẩn bị có sự tham gia của Einstein.[49][50]

Còn đối với lý thuyết tương đối rộng, ở thời điểm công bố nó mới chỉ có một bằng chứng thực nghiệm có thể để kiểm chứng, đó là sự dịch chuyển điểm cận nhật trong quỹ đạo của Sao Thủy.[51] Năm 1919, Arthur Eddington dẫn đầu tổ chức hai đoàn thám hiểm quan sát hiện tượng nhật thực, họ đo được sự dịch chuyển của vị trí biểu kiến của các sao gần Mặt Trời và xác nhận trực tiếp về các tia sáng bị lệch khi đi qua trường hấp dẫn.[52] Thí nghiệm Pound–Rebka kiểm tra dịch chuyển đỏ do hấp dẫn thực hiện năm 1959 là thí nghiệm chính xác cao đầu tiên về thuyết tương đối tổng quát.[53]

Các thí nghiệm và thực chứng khác bao gồm: thấu kính hấp dẫn, phát hiện trực tiếp sóng hấp dẫn,[54] quan sát quỹ đạo của cặp sao xung, mô hình chuẩn vũ trụ học, thí nghiệm Gravity Probe B...

Ngoài thuyết tương đối rộng nêu bởi Einstein, cũng có những lý thuyết hấp dẫn tương đối tính khác được đề xuất dựa trên các cơ sở của thuyết tương đối rộng. Lý thuyết nổi bật nhất là lý thuyết Jordan - Brans-Dicke, mặc dù đa số những lý thuyết này có cấu trúc phức tạp hơn. Sự đúng đắn của các lý thuyết này vẫn chưa hoàn toàn bị bác bỏ. Đã có nhiều thí nghiệm và thực nghiệm nhằm kiểm tra thuyết tương đối tổng quát lẫn các lý thuyết thay thế khác.[52]