1916年后，天文学家和数学家加入了为爱因斯坦的质量－能量转换方程解法的探索中。英国数学家爱德华·亚瑟·米尔恩试图找到简化方程式的方法。另外一个俄国物理学家亚历山大·弗里德曼也投入类似的研究中。他发现可能存在一个随着时间增长而不断膨胀的宇宙。爱因斯坦并不喜欢这个想法，并尝试说服弗里德曼他用于求解的数学方法可能错了，但弗里德曼依然坚持己见。不久以后，天主教牧师、天文学家、比利时顶级桥牌大师乔治斯·勒梅特赫也得出与弗里德里曼一样的结论。他考虑到宇宙如果正处于膨胀中，它过去的形态肯定比现在小，而且必定有一个宇宙产生的时间点，即当宇宙的半径为零时。他将宇宙的初始状态称为“奇点”。弗里德曼和勒梅特赫的工作为数学家霍华德·罗伯逊和亚瑟·沃克更正式的数学解法奠定了基础。他们将其方法概括在一个称为FLRW度规的模型中，这是均匀匀质宇宙中最普遍存在的形态。他们运用了宇宙学原理——即我们的地球、太阳系以及银河系在宇宙中并无特殊之处。这一原理起源于16世纪一个波兰教士尼古拉斯·哥白尼的著作中第一次质疑地球并非太阳系的中心。哥白尼理论的扩展——我们在宇宙中并不处于特殊的时间和空间——成为确定哪种宇宙模型才是合乎道理的一条有力的原理。
不久以后，其他宇宙的理论模型也纷纷提出。比如，普林斯顿高级研究所数理逻辑教授库尔特·哥德尔提出一个出色的模型，认为如果宇宙是均匀静态的并且处于旋转当中，则爱因斯坦的质量－能量转换方程便能获得解答——他的观点获得爱因斯坦本人的赞许。哥德尔模型揭示了一种异乎寻常的结果：它显示了时间旅行的可能性！物理学家不喜欢这样的想法，因为这听起来就像是科幻小说，并且违背了人们所珍爱的因果关系准则——即一件事必然发生是因为有某些相关联的其他事使之发生。剑桥大学数学家、天体物理学家史蒂芬·霍金提出“时序保护猜想”，排除了所有可能存在时间旅行的宇宙，认为物理规律不允许出现逆时运动或闭合类时曲线。
除此之外，依然存在其他基于静态宇宙的解决方法的可能。1948年，一群剑桥出身的天文学家提出所谓的“稳定状态模型”。这一模型中的宇宙依然是静态而均匀的，但是会不断加入新的物质。这种假说有助于避免推导出宇宙诞生时必须压缩于一个非常紧密时空中的结论。这一宇宙模型的创始人之一弗雷德·霍伊尔并不是特别喜欢弗里德曼、勒梅特赫和其他人的宇宙模型，开玩笑地把他们的模型称为“宇宙大爆炸”模型，后来这一名称沿用至今。
那么，宇宙是否真的处于膨胀中呢？马萨诸塞州罗尼尔天文台的韦斯托·斯里弗尔利用多普勒效应望远镜发现了许多螺旋形的银河系正在离我们远去。爱丁顿已揭示了德西特宇宙模型的特征，即如果其中包含物质，则意味着这些物质将会膨胀。在20世纪20年代末30年代初，埃德温·哈勃利用加利福尼亚威尔逊山天文台的天文望远镜观测宇宙中的星系，观测到越远的星系比近的显得更红，这一结果表明宇宙确实处于膨胀之中。哈勃阐述道，如果一个星系比另外一个星系离地球远两倍，其离地球而去的速度也将是另外一个的两倍，这一发现后来被称为“哈勃定律”。多年以后，大爆炸理论的支持者们声称哈勃的发现支持了爆炸论的合理性，但宇宙稳定状态论的支持者则质疑哈勃的数据将导致一个问题。哈勃的数字指向的宇宙是一个仅有十八亿年的新生宇宙，然而放射性碳元素法测定地球上的岩石可知，地球的存在时间至少有二十亿年。当然，多年以后人类的观测方法将有很大的进步，而且不同的技术也将运用于天文学观测中，但是在20世纪60年代时，大爆炸模型是惟一可行的理论，能够比较合理地解释宇宙的起源和现状。
另外一个广义相对论的完美证明应该在此特别提及。勒梅特赫最初曾提出宇宙就像一个“原始的粒子”，但如果宇宙诞生的时候只有辐射的话会发生什么结果？鲍伯·迪克，即此前曾做实验检验过爱因斯坦的等效原理的物理学家，他确信一些宇宙诞生时残留的辐射肯定还留在宇宙的某个地方没被发现。他与自己的研究生吉姆·皮布尔斯和戴维·威尔金森一起寻找这些辐射残余。有一天，就如故事中常有的情节那样“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”，迪克在普林斯顿实验室的电话响起，两位在贝尔实验室工作的科学家阿诺·阿兰·彭泽斯和罗伯特·威尔逊向迪克请教，他们制造的射电望远镜发现了一些问题：当他们利用望远镜试图观测宇宙中几厘米波长的信号时总是会监测到非常嘈杂的背景噪音。他们原先以为这些噪音可能是望远镜上落上了鸽子屎，便把设备重新清理了一遍，但这种噪音依然存在。迪克能帮助他们吗？迪克闻讯捂上听筒对吉姆·皮布尔斯和戴维·威尔金森说，“嗨，有人抢在我们前面了。”迪克随即向彭泽斯和威尔逊解释说这个噪音可能意味着他们已发现了大爆炸残留下的辐射。此后不久，彭泽斯和威尔逊合写了一篇论文介绍了他们的发现，并发表在名望很高的《天文学杂志》上。迪克和他的研究生皮布尔斯的论文随后也发表在同一刊物上，题为《宇宙黑体辐射》。他们俩用爱因斯坦广义相对论来说明大爆炸的辐射会慢慢冷却，达到开氏温标３度的绝对温度。从普朗克辐射定律得知，绝对温度为３度的辐射其辐射波长大约在几个厘米之间，这就是为什么彭泽斯和威尔逊能获得背景噪音信号，因为大爆炸的初始辐射的波长慢慢变化，到后来成为与宇宙微波背景的波长相当。彭泽斯和威尔逊因为这一发现获得1978年的诺贝尔物理学奖，不过迪克没能共享这项荣誉。
除此之外，还有一个关于广义相对论的预言值得一提。回想一下水龙头的水滴和蹦床中的篮球的实验。如果你打开水龙头，或把篮球放到蹦床上，地球引力和表面张力之间的微妙平衡就被打破了。如果把篮球往下压，然后松手：蹦床的表面一般会上上下下地抖动，就像波浪的运动一样。水滴实验中，如果打开龙头开关，将会在水面上形成一些小水滴和一些波纹。相对论方程式也与此类似。时空的曲率取决于物体的应力张量。如果物体发生损坏，应力张量也发生变化，那么相对的时空曲率也随之改变。爱因斯坦在一篇1918年的论文中预言引力波是可能存在的：如果同样这些难以预测的事发生在一颗星体，星体质量发生重大变化，也将导致时空的波动。对一颗主要由气体组成的一般恒星来说，一定气体的温度会产生一定的压力，防止恒星在自身引力作用下坍塌。当该恒星进入老年期，它会燃尽用于保持这种温度所需的燃料，如果燃料真的用尽，这时便没有压力可以抵消自身引力，它便发生了坍塌，向内破裂了——这种情况下，坍塌会一直塌陷至离恒星中心一定距离的地方，造成此处的压力相对较大。在这个点上，从外部向内塌陷的物质被以一种巨大的能量向外反弹，以惊人的速度向外部太空扩展，这就是所谓的超新星爆炸。天文学家经常能观测到这种超新星爆炸，它们爆炸时通常会产生巨量的Ｘ射线。超新星也是观测引力波的好例子。科学家们正在建造许多引力波探测器，如果真的能够捕捉到引力波，那将是广义相对论正确性的很好证明。
1974年，美国人乔·泰勒和卢瑟尔·豪斯发现一对奇怪的双子星。其中一个是脉冲星，标号为PSR1913＋16，它在围绕一个看不见的伙伴天体旋转时发射出强大的脉冲辐射。天文学家们认为这个看不见的天体极有可能是一颗脉冲星，这很可能是一个双脉冲星系统。1978年，他们通过多年跟踪观测最终表明，根据爱因斯坦广义相对论，该双星系统发射出引力辐射，改变了双星的旋转轨道。这些便是泰勒和豪斯的发现。在接下来的二十年中，他们一直密切观测着这个双脉冲星系统，发现它们的轨道不断改变。这样的改变与水星近日点轨道的变动还不一样。两位天文学家发现，脉冲双星的轨道改变意味着它们正在失去能量。这两个星体的能量通过发出引力辐射而衰减。至此，他们终于证实恒星确实会发出引力辐射，而且强度跟爱因斯坦的相对论所预言的一样。为了表彰他们对物理学的贡献，泰勒和豪斯被授予1993年的诺贝尔物理学奖。
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爱因斯坦的广义相对论完成于1916年。现在这一理论已成为每一位物理学家的必修课。大爆炸的宇宙模型与广义相对论完美地结合，新一代物理学家们正在为证实爱因斯坦的理论提供高科技的手段。微波背景辐射也能为广义相对论所完美解释。宇宙微波背景探测中心还首次绘制出高分辨率的宇宙微波背景图，现在通过威尔金森微波背景辐射探测系统（这套系统是以迪克以前的学生戴维·威尔金森的名字命名的）的帮助，人们可以发现非常微小的辐射波动。自此，广义相对论完全通过实验的检验成为一个应用科学。
