В заключение обзора регулярных выражений следует отметить, что их возможности далеко не безграничны даже для расширенных диалектов, которые используют современные инструментальные средства обработки символьной информации, в частности генератор LEX. Существуют формальные языки, множества слов которых не могут быть специфицированы с помощью аппарата регулярных выражений. Их называют нерегулярными множествами.

В частности, регулярные выражения не могут быть использованы для описания сбалансированных или вложенных конструкций, которые характерны для языков программирования высокого уровня. Например, множество всех слов из сбалансированных скобок не может быть задано регулярным выражением.

Регулярные выражения также нельзя применить для описания повторяющихся конструкций, где количество повторений подчиняется определенной закономерности. К этому классу относятся, например, различные множества слов, длины определенных фрагментов которых образуют бесконечную возрастающую последовательность целых чисел, где разности соседних элементов не ограничены в совокупности. Это означает, что в такой последовательности всегда можно найти пару соседних чисел, разность которых превосходит величину сколь угодно большого целого числа.

Такому условию удовлетворяет, например, последовательность квадратов, кубов или других степеней чисел натурального ряда. В частности, невозможно составить регулярную спецификацию для распознавания бинарных векторов, в которых количество нулей между двумя не стоящими рядом единицами постоянно удваивается. Таким свойством обладает, например, следующая бесконечная последовательность:

1010010000111000000001...

Точно также нельзя построить регулярное выражение для распознавания бесконечной бинарной последовательности, где номера позиций единичных элементов являются квадратами натуральных чисел, а на все остальные позиции заполнены нулями. Начальный фрагмент такой последовательности для, например, пяти единичных элементов образует следующий бинарный вектор, где символы 1 находятся, соответственно, в позициях с номерами 1, 4, 9, 16 и 25:

1001000010000001000000001

Перечень примеров бесконечных последовательностей, для описания которых не удается построить регулярные выражения, можно легко расширить, включая в него любые бесконечные последовательности без повторяющихся фрагментов. Однако, несмотря на указанные ограничения области применения, формальный аппарат регулярных выражений предоставляет удобные инструментальные средства для обработки текстовых данных в подавляющем большинстве других практически интересных случаев.