盡管基因芯片技術已經取得了長足的發展，得到世人的矚目，但仍然存在著許多難以解決的問題，例如技術成本昂貴、復雜、檢測靈敏度較低、重復性差、分析泛圍較狹窄等問題。這些問題主要表現在樣品的制備、探針合成與固定、分子的標記、數據的讀取與分析等幾個方面。
樣品制備上，當前多數公司在標記和測定前都要對樣品進行一定程度的擴增以便提高檢測的靈敏度，但仍有不少人在嘗試繞過該問題，這包括 Mosaic Technologies 公司的固相 PCR 擴增體系以及 Lynx Therapeutics 公司提出的大量并行固相克隆方法，兩種方法各有優缺點，但目前尚未取得實際應用。
探針的合成與固定比較復雜，特別是對于制作高密度的探針陣列。使用光導聚合技術每步產率不高（ 95% ），難于保證好的聚合效果。應運而生的其它很多方法，如壓電打壓、微量噴涂等多項技術，雖然技術難度較低方法也比較靈活，但存在的問題是難以形成高密度的探針陣列，所以只能在較小規模上使用。最近我國學者已成功地將分子印章技術應用于探針的原位合成而且取得了比較滿意的結果（個人通訊）。
目標分子的標記也是一個重要的限速步驟，如何簡化或繞過這一步現在仍然是個問題。
目標分子與探針的雜交會出現一些問題：首先，由于雜交位于固相表面，所以有一定程度的空間阻礙作用，有必要設法減小這種不利因素的影響。 Southern 曾通過向探針中引入間隔分子而使雜交效率提高于了 150 倍。其次，探針分子的 GC 含量、長度以及濃度等都會對雜交產生一定的影響，因此需要分別進行分析和研究。
信號的獲取與分析上，當前多數方法使用熒光法進行檢測和分析，重復性較好，但靈敏仍然不高。正在發展的方法有多種，如質譜法、化學發光法等。基因芯片上成千上萬的寡核苷酸探針由于序列本身有一定程度的重疊因而產生了大量的豐余信息。這一方面可以為樣品的檢測提供大量的驗證機會，但同時，要對如此大量的信息進行解讀，目前仍是一個艱巨的技術問題。