Kemiassa kemiallinen synteesi on hyödyllisten kemiallisten reaktioiden keinotekoinen toteuttaminen yhden tai useamman tuotteen saamiseksi. Tämä tapahtuu fysikaalisilla ja kemiallisilla manipulaatioilla, joihin yleensä liittyy yksi tai useampi reaktio. Nykyaikaisissa laboratorioissa prosessi on toistettavissa ja luotettava. Erilaisia reaktiotyyppejä voidaan käyttää halutun tuotteen muodostamiseksi. Tämä edellyttää yhdisteiden sekoittamista reaktioastiassa, kuten kemiallisessa reaktorissa tai yksinkertaisessa pyöreäpohjaisessa pullossa. Monet reaktiot edellyttävät jonkinlaista käsittely- tai puhdistusmenettelyä lopputuotteen eristämiseksi.
Kemiallisen synteesin aikana tuotetun tuotteen määrää kutsutaan reaktion saannoksi. Tyypillisesti kemialliset saannot ilmaistaan massana grammoina (laboratorio-olosuhteissa) tai prosentteina tuotteen teoreettisesta kokonaismäärästä, joka voitaisiin tuottaa rajoittavan reagenssin perusteella. Sivureaktio on ei-toivottu kemiallinen reaktio, joka vähentää halutun tuotteen saantoa. Sanaa synteesi käytti ensin kemisti Hermann Kolbe.