يواجه علم النفس الحيواني العديد من التحديات، ومن أهمها:
1- الصعوبة في فهم تعقيدات السلوك الحيواني والعوامل المؤثرة عليها، بسبب عدم وجود وسائل للتواصل المباشر مع الحيوانات.
2- صعوبة الحصول على عينات كافية من الحيوانات، خاصة الأنواع النادرة.
3- الصعوبة في تحديد العوامل المؤثرة في السلوك الحيواني، مثل الوراثة والبيئة والتغذية.
4- تحديات أخلاقية تتعلق بالتجارب المعملية على الحيوانات، وكيفية التعامل معها بشكل أخلاقي.
5- الصعوبة في تحرير الحيوانات البرية ودراستها دون التأثير على سلامتها وحريتها.
يعتمد علم النفس الحيواني على الأدلة العلمية والدراسات الميدانية للتغلب على هذه التحديات. ومن خلال التكنولوجيا الحديثة مثل الرصد السلوكي والتصوير بالأشعة فوق الحمراء، فإن هذا العلم يستطيع الكشف عن الدوافع والعوامل المؤثرة في السلوك الحيواني.