Dễ học nhưng rõ ràng là rất khó để tinh thông, việc trình diễn theremin đặt ra 2 thách thức: việc điều khiển chắc chắn được âm độ của nhạc cụ mà không có một chỉ dẫn cụ thể nào (không có phím, không có cần bấm hay vị trí để đặt ngón) và việc giảm thiểu những âm luyến ngắt không mong muốn vốn dĩ là cố hữu do thiết kế của nhạc cụ.

Điều khiển tần số là một thách thức bởi vì không giống như những nhạc cụ khác, theremin tạo ra âm ở bất cứ tần số nào trong toàn bộ dải tần của nó, gồm cả những âm nằm giữa những nốt đã được qui ước thông thường. Trong khi đó một vài nhạc cụ khác phân chia rõ các âm, đặc biệt là nhạc cụ có dây, những nhạc cụ này dùng một vài (thường là 4) dây riêng biệt để thể hiện toàn bộ dải tần số và vị trí trên bàn phím chỉ ra các nốt xác định đã trở nên quen thuộc với nhạc công. Đối với theremin, toàn bộ dải tần số được điều khiển bằng khoảng cách trong không gian giữa bàn tay nhạc công và antenna tần số và hơn nữa lại là một khoảng cách tương đối nhỏ, nó đòi hỏi sự kết hợp giữa tính chính xác cao của đôi tay cùng với sự nhạy bén tuyệt vời về tần số.

Dải tần số liên tục của theremin cũng tạo ra những tiếng vuốt (glissando). Những nhạc công có kỹ năng, thông qua sự di chuyển nhanh và chính xác của đôi tay có thể hạn chế tối thiểu những âm luyến ngắt và âm vuốt không mong muốn để chơi những nốt riêng biệt và thậm chí là thực hiện được những hiệu ứng ngắt âm. Sự di chuyển nhanh trong phạm vi nhỏ của đôi bàn tay có thể tạo ra những hiệu ứng tiếng vê và tiếng rung.

Mặc dù tần số được điều chỉnh cơ bản dựa vào khoảng cách giữa đôi tay của nhạc công và antenna tần số, những theremenist đạt được độ chính xác cao nhất vẫn đẩy cao kỹ thuật chơi nhạc của họ bằng một hệ thống gọi là "aerial fingering" (ngón bấm trên không), được sáng chế rộng rãi bởi Clara Rockmore và sau đó được mở rộng bởi Lydia Kavina. Nó đưa ra những vị trí xác định cho bàn tay cũng như ngón tay để thay đổi một chút về giá trị của điện dung liên quan đến antenna tần số để tạo ra những thay đổi nhỏ về âm một cách nhanh chóng và ở một mức độ nào đó có thể tái tạo lại âm một cách chính xác.

Một kỹ thuật khác gây tranh cãi được gọi là "angling" theo đó bàn tay điều khiển tần số được đặt trên đỉnh của theremin, thực tế là đã vi phạm tín ngưỡng "no touch" của những thereminist truyền thống. Kỹ thuật này dùng để thay đổi góc của bàn tay và ngón tay để biến đổi tần số và đặt lại vị trí của bàn tay nếu khoảng cách là quá rộng để "angling". Với việc chạm tay vào nhạc cụ, hiệu ứng trên tần số do những chuyển động mang tính ngẫu hứng của nhạc công bị giảm bớt. Nó cho phép sử dụng những tần số cố định mà không có âm rung.

Quan trọng không kém trong chỉnh âm theremin là việc sử dụng antenna điều chỉnh âm lượng. Không như những nhạc cụ mà nhạc công có thể chạm tay vào để dễ dàng ngắt âm hay giảm độ rung của âm cộng hưởng nhằm giữ nhạc cụ yên lặng, thereminist phải "vừa chơi các âm lặng, vừa chơi các nốt" ("play the rests, as well as the notes") như Ms.Rockmore nhận xét. Mặc dù kỹ thuật về âm lượng được phát triển ít hơn kỹ thuật điều chỉnh tần số, một vài thereminist đã cố gắng để mở rộng hơn nữa, đặc biệt là với kỹ thuật "walking bass" của Pamelia Kurstin.

Những thereminist có kỹ năng tốt vượt qua những thách thức này bằng việc điều khiển chính xác sự kết hợp giữa những chuyển động có thể tạo ra những màn trình diễn phức tạp và ấn tượng, qua đó chứng tỏ tiềm năng âm nhạc của theremin.

Một vài thereminist ở thời kỳ nhạc tiên phong đã công khai chống lại việc phát triển những kỹ thuật chính thống, coi đó là những ảnh hưởng mạnh mẽ của những giới hạn lỗi thời lên thứ nhạc cụ vốn mang tính tự do. Những nhạc công này chọn cách phát triển những kỹ thuật mang tính cá nhân cao. Câu hỏi về những giá trị liên quan của những kỹ thuật chính thống đối lập với những cuộc trình diễn mang phong cách tự do đã trở thành đề tài tranh cãi nóng bỏng giữa các thereminist. Nghệ sĩ theremin Anthony Ptak đã dùng một loại antenna giao thoa trong một lần trình diễn trực tiếp.