تواجه مجال الكيمياء الضوئية العديد من التحديات، ومن بينها:
1- تحديات التكنولوجيا: يجب تطوير تقنيات جديدة وأدوات لتمكين العلماء من دراسة وفهم العمليات الكيميائية التي تحدث في ضوء الشمس.
2- التحديات النظرية: تتطلب الكيمياء الضوئية فهمًا عميقًا للعمليات الكيميائية في ظروف الإضاءة، وهذا يتطلب تطوير نماذج نظرية جديدة للتنبؤ بالنتائج.
3- التحديات العملية: تشمل هذه التحديات تطوير مواد كيميائية جديدة تعمل بكفاءة في ظروف الإضاءة المختلفة، وتصميم إجراءات عملية فعالة لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.
4- التحديات الاقتصادية: يجب تطوير تقنيات كيميائية ضوئية تكون اقتصادية وتستخدم مواد رخيصة ومتاحة بكميات كبيرة.
5- التحديات البيئية: يجب تصميم تقنيات كيميائية ضوئية قادرة على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة نظيفة ومستدامة، وتقليل استخدام المواد الضارة الكيميائية.