Dalam kimia, sintesis kimia berarti menggunakan reaksi kimia untuk mendapatkan produk, atau beberapa produk. Ini terjadi dengan manipulasi fisik dan kimia. Seringkali, beberapa reaksi kimia yang berbeda digunakan; satu demi satu. Dalam penggunaan laboratorium modern, sintesis kimia dapat direproduksi (jika percobaan dilakukan untuk kedua kalinya, hasilnya akan sama seperti yang pertama kali), dapat diandalkan (tidak rusak oleh perubahan kecil dalam kondisi), dan ditetapkan untuk bekerja di beberapa laboratorium.
Ahli kimia mulai merancang sintesis kimia dengan memilih senyawa untuk digabungkan. Bahan kimia awal ini dikenal sebagai reagen atau reaktan. Ahli kimia melakukan berbagai hal pada reagen ini untuk mensintesis produk, atau produk antara. Hal ini membutuhkan pencampuran senyawa dalam bejana reaksi. Bejana tersebut dapat berupa reaktor kimia atau labu sederhana. Banyak reaksi memerlukan beberapa bentuk prosedur pengerjaan sebelum produk akhir diisolasi.
Jumlah produk dalam sintesis kimia adalah hasil reaksi. Biasanya, hasil kimia dinyatakan sebagai berat dalam gram atau sebagai persentase dari total kuantitas teoritis produk yang dapat diproduksi. Reaksi samping adalah reaksi kimia yang tidak diinginkan yang terjadi yang mengurangi hasil produk yang diinginkan.
Ahli kimia Adolph Wilhelm Hermann Kolbe adalah orang pertama yang menggunakan kata sintesis dalam artinya yang sekarang.