تواجه مجال الكيمياء الطبية العديد من التحديات والمشكلات المتعلقة بالأمراض المختلفة والعلاجات والتشخيصات الطبية، من بين هذه التحديات:
1- الاستجابة للتطورات السريعة في مجال العلوم الطبية والكيميائية، حيث يتم تطوير التشخيصات والأدوية الجديدة بشكل كبير لكن يأخذ بعض الوقت لتطبيقها على نطاق واسع.
2- صعوبة تطوير الأدوية الجديدة وفحصها وتجاربها السريرية، فهذا يستغرق وقتًا طويلاً ويحتاج إلى موارد مالية كبيرة.
3- زيادة التحديات المتعلقة بالصحة العامة، مثل الأمراض المعدية والوبائيات والجوع والفقر، والتي تتطلب تطوير حلول صحية مستدامة لتلبية احتياجات المجتمعات المتغيرة.
4- زيادة الطلب والحاجة إلى وضع تشخيصات دقيقة وعلاجات جديدة للأمراض المزمنة مثل السرطان والأمراض القلبية والأوعية الدموية وأمراض العصبية.
5- زيادة الحاجة إلى تقنيات التشخيص الحديثة والتي غالبًا ما تكون باهظة الثمن وبعيدة عن الوصول لأغلب الناس في الدول النامية.