CAPM ampirik test anomaliler literatürü, sermaye varlıkları fiyatlama modelinin teorik öngörülerinin gerçek piyasa verileriyle ne ölçüde örtüştüğünü ve bu örtüşmenin zayıf kaldığı noktaları sistematik biçimde inceler. CAPM'in temel önermesi, beklenti fazla getirisinin yalnızca piyasa betası ile açıklanabileceğidir: E[R_i] − R_f = β_i (E[R_m] − R_f). Fama ve MacBeth'in (1973) iki aşamalı yatay kesit regresyon yöntemi, bu ilişkiyi test etmenin metodolojik standardını belirlemiştir. Birinci aşamada zaman serisi regresyonu ile hisse başına beta tahmin edilir; ikinci aşamada aylık getiri-beta yatay kesit regresyonlarının zaman ortalaması risk fiyatını verir. Ancak CAPM ampirik test anomaliler tartışmasının dönüm noktası Fama ve French'in (1992) çalışmasıdır. 1963-1990 dönemi NYSE-AMEX-NASDAQ verisiyle yapılan analizde beta ile ortalama getiri arasındaki ilişkinin beta tek açıklayıcı değişken olarak kullanıldığında istatistiksel açıdan anlamsız olduğu gösterilmiştir. Buna karşın piyasa değeri (büyüklük) ve defter-piyasa değeri oranı (B/M) getiriyi anlamlı biçimde açıklamaktadır. Büyüklük etkisi Banz (1981) tarafından keşfedilmiştir; küçük piyasa değerli hisseler riske göre düzeltilmiş olarak büyük hisseleri sistematik biçimde geçer. Değer etkisi (B/M oranı) ise Rosenberg, Reid ve Lanstein (1985) tarafından belgelenmiştir. Fama ve French üç faktör modeli bu iki ek faktörü SMB (Small Minus Big) ve HML (High Minus Low) olarak yapısallaştırarak CAPM ampirik test anomaliler alanının en yaygın referanslarından birini oluşturmuştur. Momentum anomalisi, CAPM ampirik test çerçevesini ayrıca zorlar. Jegadeesh ve Titman (1993), son 3-12 aydaki kazananların önümüzdeki 3-12 ayda kaybedenleri geçtiğini göstermiştir. Bu otokorelasyon CAPM tarafından öngörülmez; Carhart (1997) dört faktörlü modeli momentum faktörünü (WML, Winners Minus Losers) portföy değerleme standartlarına eklemiştir. Düşük volatilite anomalisi, Haugen ve Heins (1975) ile başlayıp Baker, Bradley ve Wurgler (2011) ile geniş ilgi gören bir CAPM karşı-kanıtıdır. CAPM beta-getiri pozitif ilişkisini öngörürken düşük volatiliteli hisseler uzun vadede yüksek volatiliteli hisseleri geçmektedir. Kaldıraç kısıtları hipotezi bu bulguyu, kısıtlı yatırımcıların düşük beta yerine yüksek beta varlık talep ederek fiyatı yukarı çekmesiyle açıklar. Roll (1977) eleştirisi, CAPM ampirik test anomaliler tartışmasının epistemik sınırlarını çizer: doğru piyasa portföyü gözlemlenemezken modelin test edilebilir olup olmadığı metodolojik açıdan sorgulanır. Gerçekte kullanılan piyasa vekili (proxy) piyasa portföyünün etkin sınırda yer alıp almadığı bilinmediğinden yürütülen testler aslında bir vekil testi olarak yorumlanmalıdır. Stochastic discount factor (SDF) çerçevesi ise CAPM ve türevlerini daha genel bir bağlamda birleştirir. Hansen ve Jagannathan (1991) sınırları, SDF'nin standart sapması ile Sharpe oranı arasında üst sınır belirler; bu çerçeve farklı varlık fiyatlama modellerini karşılaştırmalı olarak değerlendirmeye imkân tanır.
