تواجه علم الأحياء البحرية العميقة العديد من التحديات في البحوث المعاصرة، ومن أبرز هذه التحديات:
1- الصعوبة في الوصول للأعماق العميقة للمحيطات، حيث تصل بعض المناطق إلى عمق 11 كيلومتر تحت سطح الماء، وبالتالي من الصعب الوصول إليها بالغواصة أو الروبوتات المتحكمة عن بعد.
2- ارتفاع ضغط المياه وانخفاض درجة الحرارة في العمق البحري، الأمر الذي يجعل الأحياء البحرية العميقة تتحمل ظروفاً قاسية للغاية.
3- ضياع التغذية والأوكسجين في بعض المناطق العميقة من المحيطات الذي يشكل عائقاً أمام النمو وتطور الكائنات الحية.
4- تغيير المناخ وتأثيره على التوزيع والكمية وأنواع الحيوانات والنباتات البحرية في الأعماق العميقة، والتحول في المناخ يمثل تحدياً للعلماء في المحافظة على حياة الأحياء البحرية العميقة.
5- صعوبة البحث عن الأحياء البحرية العميقة المتوطنة في الظلام الدائم في المياه العميقة، وكذلك صعوبة الاستفادة من تلك الطفرات الجينية المتعلقة بهذه الكائنات بسبب صعوبة إيجاد الأخلاقيات المناسبة لهذا النوع من المواد الوراثية.