Mae datblygiad dulliau ymchwil cemeg organig wedi mynd drwy'r broses o weithredu â llaw i awtomeiddio a chyfrifiaduro, ac o symiau cyson i uwch-microsgopig.
Cyn 40au'r 20fed ganrif, defnyddiwyd y dulliau traddodiadol o ddistyllu, crisialu, sychdarthiad a dulliau eraill i buro'r cynnyrch, a phenderfynwyd ar y strwythur trwy ddiraddio cemegol a pharatoi deilliadau. Yn ddiweddarach, newidiodd y defnydd o dechnegau cromatograffaeth ac electrofforesis amrywiol, yn enwedig cromatograffaeth hylif pwysedd uchel, wyneb technoleg gwahanu. Mae'r defnydd o wahanol dechnegau sbectrosgopeg a sbectrosgopeg ynni wedi galluogi cemegwyr organig i astudio mudiant mewnol moleciwlau, sydd wedi chwyldroi'r modd o bennu adeiledd. Mae cyflwyno cyfrifiaduron electronig wedi gwneud cam mawr ymlaen i gyfeiriad awtomeiddio ac uwch-microquantification o gyfansoddion organig. Mae sbectrosgopeg cyseiniant magnetig niwclear a sbectrosgopeg isgoch gyda thechnoleg trawsnewid Fourier yn darparu dulliau newydd ar gyfer astudio cineteg adwaith a mecanwaith adwaith. Mae'r offerynnau hyn, ynghyd â dadansoddiad strwythurol pelydr-X a sbectrosgopeg diffreithiant electronau, wedi gallu pennu strwythur cemegol samplau microgram. Gwnaed rhywfaint o gynnydd hefyd yn yr astudiaeth o'r defnydd o gyfrifiaduron electronig i ddylunio llwybrau synthetig. Yn y dyfodol, mae datblygiad cemeg organig yn gyntaf i astudio datblygiad a defnydd ynni ac adnoddau. Mae'r rhan fwyaf o'r ynni a'r adnoddau yr ydym wedi'u defnyddio hyd yn hyn, megis glo, nwy naturiol, olew, fflora, ffawna, a micro-organebau, yn ffurfiau storio cemegol o ynni solar. Yn y dyfodol, rhai o'r materion pwysicaf yn y dyfodol fydd y defnydd mwy uniongyrchol ac effeithlon o ynni'r haul.
Mae ymchwil mwy manwl a defnydd effeithiol o ffotosynthesis yn bwnc cyffredin mewn ffisioleg planhigion, biocemeg a chemeg organig. Gall cemeg organig ddefnyddio adweithiau ffotocemegol i gynhyrchu cyfansoddion organig egni uchel, eu storio, a defnyddio eu hadweithiau gwrthdro i ryddhau egni pan fo angen. Nod arall yr adnodd datblygu yw trwsio carbon deuocsid mewn ymateb i gyfansoddion organometalaidd i gynhyrchu cyflenwad diddiwedd o gyfansoddion organig. Cafwyd rhai canlyniadau rhagarweiniol yn yr astudiaethau hyn. Yr ail yw ymchwilio a datblygu organocatalystwyr newydd, sy'n eu galluogi i ddynwared y dull adweithio cyflym, effeithlon ac ysgafn o ensymau. Mae ymchwil yn y maes hwn eisoes wedi dechrau, a bydd datblygiad pellach yn y dyfodol. Ar ddiwedd y 60au o'r 20fed ganrif, dechreuodd yr ymchwil dylunio gyda chymorth cyfrifiadur o synthesis organig. Yn y dyfodol, bydd dyluniad llwybrau synthesis organig a phenderfyniad strwythur cyfansoddion organig yn dod yn fwy systematig a rhesymegol.