In der Chemie bedeutet chemische Synthese die Anwendung chemischer Reaktionen, um ein Produkt oder mehrere Produkte zu erhalten. Dies geschieht durch physikalische und chemische Manipulationen. Häufig werden mehrere verschiedene chemische Reaktionen verwendet, eine nach der anderen. Im modernen Laborgebrauch ist eine chemische Synthese reproduzierbar (wenn das Experiment ein zweites Mal durchgeführt wird, führt es zu den gleichen Ergebnissen wie beim ersten Mal), zuverlässig (nicht durch kleine Änderungen der Bedingungen unterbrochen) und für die Arbeit in mehreren Labors geeignet.
Chemiker beginnen, eine chemische Synthese zu entwerfen, indem sie die zu kombinierenden Verbindungen auswählen. Diese Ausgangschemikalien werden als Reagenzien oder Reaktanten bezeichnet. Chemiker machen verschiedene Dinge mit diesen Reagenzien, um das Produkt oder ein Zwischenprodukt zu synthetisieren. Dazu müssen die Verbindungen in einem Reaktionsgefäß gemischt werden. Das Reaktionsgefäß kann ein chemischer Reaktor oder ein einfacher Kolben sein. Viele Reaktionen erfordern irgendeine Form von Aufarbeitungsverfahren, bevor das Endprodukt isoliert wird.
Die Produktmenge in einer chemischen Synthese ist die Reaktionsausbeute. Üblicherweise werden chemische Ausbeuten als Gewicht in Gramm oder als Prozentsatz der gesamten theoretischen Produktmenge, die produziert werden könnte, ausgedrückt. Eine Nebenreaktion ist eine unerwünschte chemische Reaktion, die stattfindet und die die Ausbeute des gewünschten Produkts verringert.
Der Chemiker Adolph Wilhelm Hermann Kolbe war der erste, der das Wort Synthese in seiner heutigen Bedeutung verwendete.