تحديات هندسة العمليات الحيوية تشمل:
1- التعقيد الكبير للعمليات الحيوية: فهي تتضمن العديد من التفاعلات الكيميائية والعوامل الحيوية والمعقدة التي يصعب فهمها وتحديد تأثير كل عامل منها.
2- السيطرة على العمليات الحيوية: حيث يصعب السيطرة على تفاعلات البيولوجية وتحديد الأسس التي يتم اختيارها في التحكم بهذه التفاعلات.
3- الاهتمام بالتظليل و التباين: ففي الكثير من الأحيان يتعذر رؤية و تحديد حجم و شكل جزيئات الخلية مما يصعب تصميم الأدوات أو المعدات المناسبة.
4- التكلفة والتجارب البرية: فهناك العديد من الدراسات العملية والتي تستهلك الكثير من المال ولا تضمن نجاح سريع.
5- السياسات والمعايير القانونية: فالعمليات الحيوية تحتاج إلى سياست خاصة تحترم التعامل مع الحيوانات والبشر بأمان وحرص.