تحتاج أبحاث الكيمياء فوق الجزيئية إلى معدات متطورة وتقنيات من الدرجة العالية لأنه يتعين التعامل مع المستويات الهائلة من الجزيئات في النانومتر. وتشمل التحديات الرئيسية الاتية:
1. تصميم المعدات: تتطلب أبحاث الكيمياء فوق الجزيئية تصميم معدات متطورة لقياس الجزيئات الصغيرة جداً.
2. تحديد التركيب الجزيئي: تحديد التركيب الجزيئي لآلات الكيمياء الفوق جزيئية هو تحدي هام، حيث يتعين التفرقة بين النواتج الناتجة عن رد فعل متعددة.
3. اختيار المواد الملائمة: تحديد المواد المناسبة للتفاعل والتي تتمتع بخواص فريدة ليسهل التحكم بها قيد الدراسة.
4. تحديد ميكانيكية العمل: يجب الفهم المتعمق للميكانيكيا الجزيئية قبل البدء في أبحاث فوق جزيئية.
5. السمينة الحيوية: يتطلب تفاعل الميكرو تفاعلات صغيرة جدًا في ظروف مختلفة، وهذا يعني أنه من الممكن أن تكون هناك اختلافات في السمية الحيوية.