Chemická syntéza v chemii znamená použití chemických reakcí k získání produktu nebo několika produktů. K tomu dochází pomocí fyzikálních a chemických manipulací. Často se používá několik různých chemických reakcí; jedna po druhé. V moderním laboratorním použití je chemická syntéza reprodukovatelná (pokud se pokus provede podruhé, bude mít stejné výsledky jako poprvé), spolehlivá (není narušena malými změnami podmínek) a zavedená pro práci ve více laboratořích.
Chemici začínají navrhovat chemickou syntézu výběrem sloučenin, které chtějí kombinovat. Tyto výchozí chemické látky se nazývají činidla nebo reaktanty. Chemici s těmito činidly provádějí různé úpravy, aby syntetizovali produkt nebo meziprodukt. To vyžaduje míchání sloučenin v reakční nádobě. Nádobou může být chemický reaktor nebo obyčejná baňka. Mnohé reakce vyžadují před izolací konečného produktu určitou formu pracovního postupu.
Množství produktu při chemické syntéze je výtěžek reakce. Obvykle se chemické výtěžky vyjadřují jako hmotnost v gramech nebo jako procento celkového teoretického množství produktu, které by mohlo vzniknout. Vedlejší reakce je probíhající nežádoucí chemická reakce, která snižuje výtěžek požadovaného produktu.
Slovo syntéza v dnešním významu jako první použil chemik Adolph Wilhelm Hermann Kolbe.