In de chemie betekent chemische synthese het gebruik van chemische reacties om een product, of meerdere producten, te verkrijgen. Dit gebeurt door fysieke en chemische manipulaties. Vaak worden verschillende chemische reacties gebruikt; de een na de ander. In het moderne laboratoriumgebruik is een chemische synthese reproduceerbaar (als het experiment een tweede keer wordt uitgevoerd, heeft het dezelfde resultaten als de eerste keer), betrouwbaar (niet verbroken door kleine veranderingen in de omstandigheden), en gevestigd om in meerdere laboratoria te werken.
Scheikundigen beginnen een chemische synthese te ontwerpen door verbindingen te selecteren om te combineren. Deze startchemicaliën staan bekend als reagentia of reactanten. Scheikundigen doen verschillende dingen aan deze reagentia om het product, of een tussenproduct, te synthetiseren. Dit vereist het mengen van de verbindingen in een reactievat. Het vat kan een chemische reactor zijn of een eenvoudige kolf. Veel reacties vereisen een of andere vorm van bewerking voordat het eindproduct wordt geïsoleerd.
De hoeveelheid product in een chemische synthese is het reactievermogen. Gewoonlijk worden chemische opbrengsten uitgedrukt als een gewicht in gram of als een percentage van de totale theoretische hoeveelheid product die zou kunnen worden geproduceerd. Een nevenreactie is een ongewenste chemische reactie die plaatsvindt en die de opbrengst van het gewenste product vermindert.
De chemicus Adolph Wilhelm Hermann Kolbe was de eerste die het woord synthese in zijn huidige betekenis gebruikte.