Kjemisk syntese innebærer at kjemiske reaksjoner benyttes målbevisst for å fremstille en kjemisk forbindelse fra andre kjemiske forbindelser. Syntese forekommer ofte innen både organisk kjemi og uorganisk kjemi og dreier seg ofte om å bygge opp store, kompliserte molekyler fra enklere utgangsstoffer.
Kjemisk syntese kan også forekomme naturlig, for eksempel når signalsubstansen serotonin syntetiseres i menneskekroppen gjennom reaksjoner mellom enzymer og aminosyrer.