אחד המכשולים שיש להתגבר עליהם בדרך לשימוש נרחב במקורות אנרגיה מתחדשים, כמו אור השמש או רוח, הוא העובדה שאלה לא בהכרח מספקים את האנרגיה בזמן ובמקום שבהם היא נחוצה. קרינת שמש ורוח העומדות לרשותנו יכולות להפעיל את כל המכונות, המזגניםוהמחשבים בעולם - אך אספקת אנרגיה ממקורות אלה בהתאם לדרישה ולצרכים עדיין אינה מעשית, ואינה כדאית.
פיתוח מערכות יעילות להפרדת מים לרכיביהם - מימן וחמצן - באמצעות אור השמש, הוא אתגר מדעי שממקד אליו מאמצים רבים, במקומות שונים בעולם. מערכות כאלה עשויות לאפשר שימוש בגז המימן כבדלק נקי וידידותי לסביבה. עם זאת, רוב המערכות המלאכותיות הקיימות כיום אינן מצליחות "לספק את הסחורה", משום שהן מחייבות שימוש בחומרים כימיים שאי-אפשר למחזרם.
גלאי זעיר שמשתמש במולקולות אורגניות כדי לבחון בעיות שונות פותח על-ידי צוות מדענים רב-תחומי ממכון ויצמן למדע. הגלאי מסוגל לבחון ולזהות כמויות זעירות של חומרים, אשר עשויים להניב מידע רב: זיהוי רמת תחמוצת החנקן באוויר הננשף עשוי להעיד על התקף אסטמה; זיהוי מולקולות מסוימות בסמוך לבן אדם עשוי להעיד כי הוא נושא חומרי נפץ. ייתכן כי בעתיד אפשר יהיה להשתמש בשיטה כדי לייצר גלאים המזהים מזהמים סביבתיים, חומרים אסורים שונים, ומולקולות ביולוגיות.
משבר האנרגיה העולמי מציב אתגר משמעותי לפתחם של מדענים בארץ ובעולם. אי-אפשר להגזים בחשיבות המאמצים למציאת תחליפים יעילים לנפט, כמו, לדוגמה, דלקים ביולוגיים. מדעני המכון סבורים כי אחת החלופות היעילות עשויה להימצא באוקיינוסים ובשלוליות: אצות. את האצות אפשר לגדל בשטחים שאינם מתאימים לגידול צמחי מאכל ולהשקות במים מלוחים. הן צומחות במהירות, ואינן מותירות פסולת. זנים מסוימים של אצות מכילים חמישים אחוז שמן – שאותו אפשר לסחוט בקלות ולהפוך לדלק ביולוגי. המחקר של מדעני המכון מתמקד במספר זני אצות, וחקר את התהליכים הביוכימיים המעורבים בייצור השמן – במטרה לפתח זנים שיהיו מקור יעיל לדלק ידידותי לסביבה.