In de chemie is chemische synthese de kunstmatige uitvoering van nuttige chemische reacties om een of meerdere producten te verkrijgen. Dit gebeurt door fysische en chemische manipulaties, meestal met een of meer reacties. In moderne laboratoriumtoepassingen is het proces reproduceerbaar en betrouwbaar.
Een chemische synthese omvat een of meer verbindingen (bekend als reagentia of reactanten) die een transformatie ondergaan onder bepaalde omstandigheden. Er kunnen verschillende soorten reacties worden toegepast om een gewenst product te formuleren. Dit vereist het mengen van de verbindingen in een reactievat, zoals een chemische reactor of een eenvoudige rondbodemkolf. Veel reacties vereisen enige vorm van opwerking of zuiveringsprocedure om het eindproduct te isoleren.
De hoeveelheid product die bij een chemische synthese wordt geproduceerd, staat bekend als de reactieopbrengst. Doorgaans worden chemische opbrengsten uitgedrukt als een massa in grammen (in een laboratoriumomgeving) of als een percentage van de totale theoretische hoeveelheid product die zou kunnen worden geproduceerd op basis van het beperkende reagens. Een nevenreactie is een ongewenste chemische reactie die plaatsvindt waardoor de opbrengst van het gewenste product afneemt. Het woord synthese werd voor het eerst gebruikt door de chemicus Hermann Kolbe.