Mặc dù đã có những hiệu quả nhất định, các khu bảo tồn hiện nay trên thế giới vẫn còn một số hạn chế như sau:
• Hầu hết các khu bảo tồn có diện tích nhỏ, khó để duy trì sự sống còn của các quần thể động vật có xương sống kích thước lớn. Để hạn chế điều đó, có thể xây dựng các hành lang để liên kết các khu bảo tồn với nhau. Tuy vậy, trong thực tế chỉ có một số ít khu bảo tồn có các hành lang liên kết, còn phần lớn vẫn chưa thực hiện được do vấn đề này vẫn còn nhiều tranh cải. Lợi ích của các hành lang cư trú bao gồm việc gia tăng tỷ lệ di cư, nhập cư; bất lợi
bao gồm sự gia tăng hoả hoạn, dịch bệnh, vật dữ và làm giảm sai khác di truyền trong quần thể.
• Các khu bảo tồn có xu hướng nghiêng về các vùng đất có giá trị kinh tế thấp, ít có sự tranh chấp về việc sử dụng đất và các đơn vị hành chính. Kết quả là các khu bảo tồn này không đại diện đầy đủ cho các hệ thực vật tự nhiên hay sự xuất hiện của loài. Các mô hình về sự thay đổi vùng phân bố của loài từ chính lý do này sẽ càng trầm trọng thêm cùng với sự thay đổi khí hậu (Erasmus, 2002).
• Trong thực tế nhiều khu bảo tồn hoạt động rất ít hay hầu như không hoạt động (các “khu bảo tồn giấy”). Ví dụ như ở khu bảo tồn Kronne Ejland ở Greenland được công nhận là vùng đất ngập nước theo công ước Rammar vào năm 1987, liên quan đến việc bảo vệ quần thể loài nhạn biển lớn nhất thế giới Sterna paradisaea (ước tính khoảng 50.000 đến 80.000 đôi). Mục tiêu này đã không đạt được bất kỳ ý nghĩa thực tế nào và vào mùa hè 2000 không một đôi nhạn biển nào còn sót lại (Hanson, 2002). Tính hiệu quả của một số khu bảo tồn khác vẫn còn nhiều tranh luận, điều đó phụ thuộc nhiều vào các hoạt động quản lý. Ngân quỹ của các hoạt động bảo tồn trên thế giới vẫn còn chưa đầy đủ. Hiện nay ngân quỹ cho các khu bảo vệ toàn cầu là 6 tỷ USD, so với 2,1 tỷ USD cho việc thay thế tàu con thoi vào năm 1991; 6 tỷ USD để giải quyết những thiệt hại về tài sản từ cơn lốc Floyd vào năm 1999; 15 USD tỷ cho việc đặt hàng máy bay chiến đấu của chính phủ Anh và 50 tỷ USD hàng năm dùng vào việc cải tiến các chế độ ăn kiêng trên toàn thế giới.
• Mạng lưới khu bảo tồn hiện nay còn quá nhỏ. IUCN 1993, chủ trương rằng ít nhất 10% diện tích của mỗi quốc gia phải được bảo tồn. Việc mở rộng mạng lưới các khu bảo tồn toàn cầu để đáp ứng mục tiêu 15% diện tích cần phải tiêu tốn từ 20 đến 28 tỷ USD/năm. Trên thực tế, ngay cả khi đạt được 15% diện tích thì vẫn chưa đủ đại diện cho tất cả các loài, đặc biệt trong vùng nhiệt đới. Cần phải có tỷ lệ lớn hơn để có thể đáp ứng cho các quốc gia có các mức độ cao về độ phong phú loài và tính đặc hữu (Rodrigues & Gaston 2001). Diện tích giành cho các khu bảo tồn biển còn thấp hơn nhiều (0,5% diện tích dại dương) mặc dù các lợi ích của các khu bảo tồn biển rất to lớn về đa dạng sinh học bên trong và bên ngoài các khu bảo tồn này cũng như việc khai thác về sau.
• Mạng lưới bảo tồn hiện có được hình thành theo nguyên tắt hơi tĩnh, không đáp ứng được với những sự thay đổi về vùng phân bố của loài do sự thay đổi khí hậu. Sự thay đổi khí hậu là nguyên nhân gây ra sự thay đổi vùng phân bố của loài, điển hình là sự mở rộng dọc theo phạm vi ranh giới vùng này và thu hẹp ở các vùng khác. Tuy nhiên, khi các khu bảo tồn trở thành các vùng biệt lập về hệ thực vật tự nhiên do môi trường biến đổi, thường cách biệt với các khu vực khác bởi một khoảng cách tương đối xa, thì khả năng di chuyển của loài trở nên càng hạn chế.