Een belangrijke uitdaging die ontstaat bij reinforcement learning (RL) is de wisselwerking tussen exploratie en exploitatie. Deze uitdaging is uniek voor RL en komt niet voor bij supervised of unsupervised learning.
Exploratie omvat elke actie die de agent in staat stelt nieuwe kenmerken van de omgeving te ontdekken, terwijl exploitatie betrekking heeft op het benutten van reeds opgedane kennis. Als de agent alleen blijft profiteren van eerdere ervaringen, loopt deze het risico vast te zitten in een suboptimale strategie. Aan de andere kant zou de agent nooit een goede strategie kunnen vinden als hij blijft verkennen zonder te exploiteren.
Een agent moet de juiste balans vinden tussen deze twee om de optimale strategie te ontdekken die maximale beloningen oplevert.