تحديات البحث الحالية في الكيمياء الضوئية تشمل:
1- تطوير مواد ضوئية جديدة وفعالة للاستخدام في الخلايا الشمسية، والحفاظ على الاستقرار الكيميائي لهذه المواد.
2- تحسين كفاءة الخلايا الشمسية بتحسين نسبة الامتصاص للأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي.
3- فهم الآليات الكيميائية لعملية التحول الضوئي للطاقة والتحكم فيها.
4- تطوير تقنيات جديدة للتحكم في تفاعلات الضوء وتحويلها إلى طاقة كيميائية، مثل التحكم في الإضاءة وتفعيل الكاتاليز.
5- تحسين فهمنا للتفاعلات الكيميائية في الوسط الضوئي وتحسين القدرة على التحكم فيها.
6- تطوير تقنيات جديدة لتحليل وتحديد المركبات الكيميائية باستخدام الضوء، مثل الطيفية والتحليل النيزكي.