Relatiivsusteooria vastuvõtmist takistas ühelt poolt sellest tulenev vajadus revideerida Newtonilt pärinevat aja ja ruumi käsitlust, mida oli kinnitanud pikaajaline praktika; teiselt poolt samastati loobumist maailmaeetrist loobumisega lähimõju printsiibist, mida peeti Maxwelli elektrodünaamika edu aluseks, ja ühtlasi tagasipöördumisega ennast diskrediteerinud kaugmõju kontseptsiooni juurde. Ja lõpuks, pikka aega suutis kõiki relatiivsusteooria seletatud eksperimentaalseid fakte enam-vähem rahuldavalt seletada ka Lorentzi teooria. Seetõttu näis paljudele, et ühe või teise teooria eelistamine on maitseküsimus. Ka von Laue tõdes 1911. a., et relatiivsusteooriat võib eelistada ainult „filosoofiliste kaalutluste alusel“. Samal seisukohal oli ka Lorentz, kuid erinevalt Lauest tunnistas ta, et tema maailmapildiga relatiivsusteooria ei harmoneeru ja et ta „leiab teatud rahuldust vanas arusaamas, mille kohaselt eetril on mõningane substantsiaalsus, et ruum ja aeg on selgelt eraldatud ning samaaegsusel on mõte ka siis, kui see mõiste on täpsustamata“ (1914). Otseselt vaenulikke avaldusi Lorentz siiski relatiivsusteooria kohta ei teinud. Ka Albert Michelson suhtus relatiivsusteooriasse esialgu tõrjuvalt. Pooleldi naljatoonis on ta öelnud: „Kui ma võinuks ette näha kõike, mida on tuletatud minu katsetest, siis ma poleks kindlasti neid sooritanud.“ Eetrikontseptsiooni toetasid avalikult J. J. Thomson, M. Abraham, W. Nernst, P. Lenard, J. Stark ja hulk teisi tuntud füü-sikuid. Hitlerlikul Saksamaal omandasid Lenardi ja Starki rünnakud relatiivsusteooria vastu teadusevälise antisemiitliku varjundi.
Relatiivsusteooria alternatiiviks peeti eelkõige Lorentzi elektrodünaamikat, kuid esitati ka mitmeid konkureerivaid käsitlusi. Nii loobus W. Ritz oma ballistilises teoorias valguse kiiruse konstantsusest ja sidus väärtuse c kiirgusallika taustsüsteemiga (1908). Tal õnnestus rahuldavalt seletada Michelsoni katset ning mõningaid teisi optika- ja elektromagnetnähtusi. Kuid 1913. a. näitas astronoom Willem de Sitter (1872–1934), et Ritzi teooria pole kooskõlas kaksiktähtede vaatlustega.
Üks esimesi konkreetseid vastuväiteid relatiivsusteooriale pärineb selle hilisemalt pooldajalt W. Wienilt, kes 1907. a. märkis, et nn. anomaalse dispersiooni korral võib valguse kiirus dispergeerivas keskkonnas olla suurem valguse kiirusest vaakumis c. Juba samal aastal selgitas A. Sommerfeld, et kuigi faasikiirus on siin suurem kui c, on signaali levimise kiirus – rühmakiirus – siiski alati väiksem kiirusest c.
Kõige enam diskuteeriti aja relativismiga seotud järelduste üle, mis harilikult viisid nn. kaksikute paradoksini. Selle aluseks on mõtteline katse kahe vaatlejaga A ja B, kes on varustatud ühesuguste kelladega. Esialgu asuvad vaatlejad koos ja nende kellad näitavad ühesugust aega. Nüüd sooritab vaatleja B reisi, mille lõpus ta jõuab tagasi vaatleja A juurde. Kuna vaatleja B liikus, siis peab tema kell näitama vähem. Hämmastust ja vaidlusi tekitas tulemuste kohaldamine füsioloogilisele kellale: kas reisil käinud kaksikvend on tõesti tagasi saabununa noorem kui koju jäänu? Paradoks tekkis siis, kui kujutleti sama olukorda vaatleja B paigaloleku süsteemis. Sel juhul sooritab reisi vaatleja A, kelle kell peaks vaatleja B juurde tagasijõudmisel näitama vähem. Juba 1911. a. selgitas P. Langevin, et paradoks on näiline, sest mõlema vaatleja paigalolekusüsteemid ei ole samaväärsed: kui vaatlejaga A seotud süsteem on inertsiaalne, siis vaatleja B süsteem on mitteinertsiaalne – liigub kiirendusega. Langevini õige selgitus jäi siiski kvalitatiivseks. Mitteinertsiaalses süsteemis mõjuvad inertsijõud on samaväärsed raskusjõuga, mille mõjul kellade käik samuti aeglustub. Kvantitatiivselt sai probleemi analüüsida alles üldrelatiivsusteoorias.
Kuni 1920. aastate lõpuni püsis elav huvi absoluutse liikumise või eetrituulega seotud katsete vastu. Michelson ise sooritas hulga korduskatseid, viimase neist Californias Mount Wilsoni tipus, 1800 m merepinnast, veel 1929. a., kaks aastat enne oma surma. Michelsoni interferentsskeemi täiustas Dayton Clarence Miller (1866–1941), koos E. Morleyga korraldatud katseseeria (1905) põhjal võis ta väita, et eetrituul kas puudub või on vähemalt 200 korda väiksem teoreetilisest. E. Kohl (1909. a.) ja E. Budde (1911. a.) püüdsid kahtluse alla seada Michelsoni katse senise teooria. Nende argumendid kummutas põhiliselt von Laue. Teatud segadust tekitasid Milleri katsed Mount Wilsonil alates aastast 1921. Kasutades tundlikkuse suurendamiseks pika baasiga interferomeetrit, ei suutnud ta vältida segavaid lisamõjusid ja tulemusi ei olnud võimalik üheselt interpreteerida. Milleri tekitatud kahtlused ajendasid Michelsoni katset kordama, seda tegi 1926. a. juunis Auguste Antoine Piccard (1884–1962) õhupalli Helvetia gondlis 4500 m kõrgusel. Piccardi mõõtmised kinnitasid veelkordselt eetrituule puudumist. Olgu märgitud, et 1929–31 konstrueeris Piccard kinnise gondliga stratostaadi, millega ta 1931–32 sooritas peamiselt kosmilise kiirguse uurimiseks mitu tõusu kuni 16 940 m kõrgusele. 1964. a. rakendas Charles Hard Townes (*1915) Michelsoni katses lasertehnoloogiat, mis suurendas oluliselt tulemuste täpsust.
Nagu eespool (vt. § 1.1) märgitud, realiseerisid Trouton ja Noble 1903. a. eetrituule kindlakstegemiseks Michelsoni katse elektrodünaamilise analoogi. 1926. a. saavutas Rudolf Karl Anton Tomaschek (1895–1966) katseskeemi täiustades tundlikkuse, mis lubanuks registreerida absoluutset liikumist kiirusega 0,5 km/s.
Eksperimentaatorite peamiseks huviobjektiks oli relativistliku dünaamika põhivõrrand (3), kus suurust m(v)= m0γ–1 tõlgendati kiirusest sõltuva relativistliku massina, s.t. keha (osakese) energia mõõduna. Seetõttu käsitleti kõiki eksperimente, milles tegelikult mõõdeti osakese impulssi, relativistliku massivalemi kontrollina. Selle relativistliku massivalemi kõrval tunti ka alternatiivset Abrahami valemit, mille tuletamisel eeldati, et elektroni mass on elektromagnetilise päritoluga. Kiiruse 0,8 c korral erinevad massi väärtused nende valemite põhjal umbes 5%, erinevus kasvab kiiruse suurenemisel. Juba 1902. a. oli Walter Kaufmann (vt. VIII § 2.3) täheldanud β-osakeste massi sõltuvust kiirusest, kvantitatiivsete tulemusteni jõudis ta 1906. a., kuid katse täpsus ei võimaldanud eelistada ühte valemit teisele. Sarnaseid mõõtmisi tegi 1908. a. ka Alfred Heinrich Bucherer (1863–1927), ja kuigi ta ise pidas nende põhjal õigemaks Einsteini valemit, oli siingi mõõtmistäpsus liiga väike. Vajaliku täpsuseni jõuti 1930. aastatel. Aastaks 1963 oli Einsteini valem saanud otsese katselise kinnituse juba täpsusega 0,05%. Kiirendite evitamisega – 1931. a. ehitati esimene Van de Graaffi generaator, 1932. a. esimene tsüklotron ja kaskaadgeneraator, 1940. a. betatron – kaotas Einsteini valemi otsene kontrollimine aktuaalsuse, sest juba nende projekteerimisel toetuti relativistlikule dünaamikale.
Osakestefüüsikas on osakese karakteristikuks selle invariantne ehk paigaloleku mass m0. Sama suuruse abil moodustatakse aegruumi 4-formalismis kinemaatilisest 4-kiirusest uα dünaamika põhivektor 4-impulss pα = m0uα (α = 1, 2, 3, 4). Nii tekkis 20. sajandi keskpaiku eelkõige osakestefüüsikute hulgas soov kõrvaldada teooriast kiirusest sõltuv relativistlik mass. Vormiliselt vastab sellele valemis (3) teguri γ–1 viimine kiirusvektori juurde, tekitades nii omakiirusvektori . Tegelikult tähendab see osakese kohavektori diferentseerimist mitte koordinaataja t, vaid omaaja τ järgi, kus dτ = γdt. Just sel teel moodustatakse ka 4-formalismis sündmuste maailma kohavektorist xα 4-kiirus uα = dxα/dτ. Ehk on siiski ülipretensioonikas pidada uut käsitlust ainuõigeks ja endist ajalooliselt kujunenud käsitlust vääraks.
1907. a. püüdis Einstein kontrollida massi ja energia ekvivalentsust radioaktiivse lagunemise põhjal, kuid katseandmete täpsus ei olnud piisav. Esimese korrektse tulemuse said 1932. a. John Douglas Cockcroft (1897–1967) ja Ernest Thomas Sinton Walton (1903–95) liitiumi transmutatsioonikatsetel, mille käigus preparaati pommitati kiirendil saadud prootonitega. Valemit E = m0c2γ–1 kinnitasid ka kõik järgmised tuumafüüsika eksperimendid.
Otsest eksperimentaalset kinnitust otsis Einstein ka aja dilatatsioonile – kellade käigu aeglustumisele liikuvas süsteemis. 1907. a. juhtis ta tähelepanu sellele, et kanalkiirte spektrid peaks olema nihkunud võrreldes sama liiki paigalolevate aatomite spektritega. See on tegelikult transversaalne Doppleri efekt, mida on tülikas mõõta, sest kui vaatesuund ei ole täpselt risti aatomite liikumise suunaga, siis segab seda märksa tugevam pikisuunaline efekt. Lisaks on kanalkiirtes kiiruste dispersioon suur. Enam-vähem rahuldavate tulemusteni jõudsid 1938. a. Herbert Eugene Ives (1882–1953) ja G. R. Stilwell: täiustanud veel katsekorraldust, leidsid nad, et teoreetiline efekt ei erine mõõdetust mitte üle 10%. Veel paremas kooskõlas oli teooria Hirsch Israel Mandelbergi (*1934) ja Louis Witteni (*1921) 1962. a. täppismõõtmistega, mille käigus kasutati homogeenseid ioonide kimpe ja osakeste kiirus oli 2,8 · 108 cm/s. Hoopis ilmekamalt kinnitasid liikuvate kellade käigu aeglustumist müüonite (µ-mesonite) eluea mõõtmised. Paigalseisva müüoni keskmine eluiga τ0 = 2,2 · 10–6 s, kiiretel mesonitel on see oluliselt suurem, sest . Esimesed mõõtmised aastatel 1940–41 sooritati kosmiliste kiirtega. Hiljem korrati mõõtmisi laboratoorsete müüonite ja teiste ebastabiilsete osakestega.
1940. aastateks olid kõik sajandialguse suured füüsikud, senised kahtlejad, areenilt lahkunud ja relatiivsusteooria oli muutunud füüsikalise maailmapildi lahutamatuks osaks. Arvukaid uusi katseandmeid, mis seda teooriat kinnitasid, peeti nüüd loomulikuks ja ootuspäraseks.