Độ an toàn của các hệ thống mật mã hóa thực tế vẫn chưa được chứng minh, đối với cả các hệ thống khóa đối xứng và bất đối xứng. Đối với mật mã khóa đối xứng, độ bảo mật thu được trong thuật toán thông thường là giai thoại — chẳng hạn vẫn chưa có tấn công nào trên các thuật toán được thông báo là thành công trong nhiều năm gần đây mặc dù có các phân tích rất tích cực. Vì thế mật mã loại này có thể có độ an toàn chứng minh được khi chống lại một tập hợp hữu hạn các cách thức tấn công. Đối với các hệ thống bất đối xứng, nói chung dựa trên độ khó của các vấn đề toán học có liên quan, nhưng chúng cũng không phải là độ an toàn có thể chứng minh.

Mật mã học có mật mã với kiểm chứng mạnh của độ an toàn là mật mã Vernam. Tuy nhiên, nó yêu cầu các khóa (ít nhất) là có độ dài bằng độ dài văn bản thường, vì thế nói chung người ta cho rằng chúng là quá cồng kềnh để có thể áp dụng trong thực tế.

Khi độ an toàn của hệ thống bị mất, rất hiếm khi là do các điểm yếu trong các thuật toán mật mã hóa bị khai thác. Thông thường đó là do lỗi trong việc thực thi, trong giao thức được sử dụng hoặc do lỗi của con người. Việc nghiên cứu làm thế nào tốt nhất để thi hành và kết hợp mật mã hóa là lĩnh vực của chính nó, xem thêm: công nghệ mật mã hóa, công nghệ an ninh và hệ thống mật mã.

Mật mã học có thể sử dụng để thi hành các giao thức khác nhau: không kỹ năng kiểm chứng, an toàn tính toán nhiều bên và chia sẻ bí mật.

Mật mã học có thể sử dụng để thi hành việc quản lý bản quyền số hóa.