一部のアプリケーションは相対バックリファレンスをサポートしています。これらは、負の数を用いて、バックリファレンスの前にあるグループを参照します。相対バックリファレンスが参照するグループを見つけるには、バックリファレンスの絶対値を取り、その数の開き括弧（名前付きまたは名前なしのキャプチャグループ）を、バックリファレンスから始めて、正規表現を右から左に数えます。そのため(a)(b)(c)\k<-1>はabccにマッチし、(a)(b)(c)\k<-3>ははabcaにマッチします。バックリファレンスがキャプチャグループ内にある場合、そのキャプチャグループの開き括弧も数える必要があります。そのため(a)(b)(c\k<-2>)ははabcb. (a)(b)(c\k<-1>)は、アプリケーションがネストされたバックリファレンスを許可するかどうかによって、マッチに失敗するか、エラーになるかのいずれかです。

ネストされたバックリファレンスの構文は大きく異なります。名前付きバックリファレンスの構文の拡張であるのが一般的です。JGsoft V2とRuby 1.9以降は\k<-1>にマッチし、\k'-1'をサポートしています。これは.NETの名前付きキャプチャの構文のように見えますが、.NET自体は相対バックリファレンスをサポートしていません。

Perl 5.10、PCRE 7.0、PHP 5.2.2、Rは\g{-1}にマッチし、\g-1.

をサポートしています。Boostは、Boost 1.42以降、Perl構文をサポートしています。Boost 1.47以降、Ruby構文を追加しました。さらに複雑なことに、Boost 1.47ではこれらのバリエーションが乗算されるようになりました。Boost 1.47以降では、相対バックリファレンスを次のように指定できます。\gまたは\kそして、波括弧、山括弧、または引用符を使用します。これにより、さらに\g-1が加わり、合計7つのバリエーションになります。これは、\gを山括弧または引用符と負の数で相対サブルーチンコールとして扱うRuby、PCRE、PHP、R、JGsoftとBoostを競合させます。