Apesar de muito útil na obtenção concomitante de inúmeros compostos, ainda não foram desenvolvidos métodos que possibilitem identificar o(s) composto(s) mais ativo(s) dentro de determinada biblioteca de compostos.

Em termos econômicos, mesmo que o custo total da química combinatória seja mais alto que o da síntese orgânica tradicional, o custo por composto é bem mais baixo.

Com o advento da química combinatória, a quantidade de reações realizadas utilizando a síntese orgânica tradicional, tanto em indústria quanto em laboratório, é praticamente nula.

O estado da arte da química combinatória atual só permite sua aplicação na síntese de fármacos.

A química combinatória ainda não conta com suporte instrumental adequado, o que dificulta sua popularização.