合成油是二次世界大战时由德国人所发明，在20世纪开始大行其道，在欧美发达国家，汽车大部分用上了全合成机油，其换油周期最长达到了3年，在对发动机的保护以及在节能、环保方面显示出特别的优越性。
合成油来自原油中的瓦斯气或天然气所分散出来的乙烯、丙烯，再经聚合、催化等繁复的化学反应（费托合成技术，即 GTL 技术）才炼制成大分子组成的基础油。在本质上，它使用的是原油中较好的成分，加以化学反应并通过人为控 制达到预期的分子形态，其分子排列整齐，抵抗外来变数的能力自然很强，因此合成油品质较好，其对热稳定、抗氧化反应、抗黏度变化的能力自然要比矿物油强得多。
优点
1、合成油的黏度指数更高，所以黏温特性更好，高温时润滑更充足，低温下流动性好（室温条件下外观感觉比同级别矿物油稀）。
2、用合成油调配的机油抗氧化性更强，大大地延长了换油周期，虽然在机油上增加了投入，但减少了更换机油和滤清器的次数。
3、合成油因其蒸发损失小，所以机油消耗低，减少了添加机油的繁琐，并且能更好地保护三元催化器等昂贵的废气控制系统部件。
4、合成油适应更高负荷的发动机，还拥有更强的抗高温抗剪切能力，在发动机高速运转下，机油也不会损失黏度，对发动机的保护更全面。
种类
合成润滑油最早用以满足军事需要，但随着工业的高速发展，合成润滑油也被广泛地应用到民用领域。主要种类有以下几种：
1、聚α烯烃
用作润滑油基础油的最常见的一种合成烃，由α-烯烃在催化剂作用下聚合而成，综合性能优良。与同粘度的矿物油相比，粘度指数高，闪点高、倾点低、低温流动性好、更宽的工作温度范围，蒸发损失小，高温稳定性好，氧化稳定性好，抗水解能力强，积炭少，无毒。而且与矿物油与良好的相容性。
主要用于车用润滑油、工业润滑油。
2、合成酯
酯类油最早用作航空涡轮发动机润滑油，由脂肪酸和脂肪醇在催化剂作用下经酯化反应脱水制得。因反应的脂肪酸和脂肪醇的种类不同，合成酯可分为：多元醇酯、双酯、单酯等，而常用的合成酯基础油为：多元醇酯、双酯。
通常来说，合成酯具有以下优异的性能：粘度指数高，闪点高、倾点低、低温流动性好，更宽的工作温度范围，蒸发损失小，高温稳定性好，氧化稳定性好，残炭少，润滑性能优异，毒性极低，环保、生物降解性能好。缺点是抗水解性能差，对橡胶件的相容性一般。
主要用于车用润滑油、工业润滑油。
3、聚醚
聚醚的使用范围很广，是应用最广的合成基础油，由环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)等原料，通过开环均聚或共聚制得，可分为水溶性聚醚、水不溶性聚醚和油溶性聚醚。聚醚具有很多优异的性能：很高的粘度指数，优异的润滑性能，高闪点、低倾点、更宽的工作温度范围，对橡胶件相容性较好，毒性很低，残炭少，高 温可以完全挥发掉，不留残余。由于其分子结构可以量身定做，分子量可大可小，因此，可制得不同的聚醚以满足不同的使用要求。
添加成分
1、中和酸的添加剂碳酸钙。汽油和空气燃烧生成氧化硫及氧化氮，它和水混合后生成硫酸和硝酸，磨损部件。此类磨损需要有中和剂来中和酸，让清洁分散剂附合在微小碳酸钙分子上，均匀分散在机油中，可以提高中和酸的能力。
2、分散添加剂。汽柴油燃烧不完全形成灰烟，将造成机油黏度增加，形成沉淀物阻碍油路和过滤器。所以必须在机油中加入分散添加剂来防止灰烟凝结成块状，避免其危害引擎。
3、清洁添加剂和无灰分散剂。抑制活塞沉淀物和油泥的产生，并将发动机低温启动时曲轴箱和循环油路中生成的油泥分散于机油中。
4、抗氧化剂。减缓机油的氧化和老化变质，达到延长油品寿命和保护机器的目的。
5、黏度指数改进剂。可以做到低温启动时机油有较低的黏度，快速到达机件表面，保证发动机不受磨损；而高温时有良好的油膜，保证发动机的正常运转。
6、抗磨剂。使金属表面形成一层化学反应膜，能够防止金属表面擦伤和熔焊，从而保护发动机运转。
7、防锈剂。防锈剂的极性基因对金属表面有很强的吸附力，在金属表面形成紧密的单分子或多分子保护层，防止腐蚀介质与金属接触，起到防锈作用。
8、抗乳化剂。机油在使用过程中会受到水的污染，水会乳化机油。因此加入抗乳化剂后，能改变油与水之间的接口张力，使水和油快速隔离。
应用
根据合成的种类不同，应用领域也有所区别，具体如下：
1、车用润滑油：汽油发动机机油、手动变速箱油、车桥油、自动变速箱油；
2、工业润滑油： 齿轮油、蜗轮蜗杆油、空压机油、燃气涡轮发动机油、低温液压油、食品级润滑油；
3、空压机油、车用空调压缩机油、高压聚乙烯及石油气体压缩机油、齿轮油、蜗轮蜗杆油、制动液、抗燃液压油、淬火油、金属加工液组分。
分辨方法
全合成油的基础油聚烯类（Poly-Alfa-Olefine）或酯类(Easter)因为能和矿物油相融，所以一般人用肉眼很难区分是不是全合成油，目前的主要分辨方法是从价钱上区分，因为合成油的基础油生产成本很高，所以全合成机油的市场零售价通常超过300元/4升，半合成机油的市场零售价也在250元/4升左右；
另外，普通矿物油在使用至3000公里时性能开始衰减，行驶至5000公里时会明显觉得发动机的阻力增大，而全合成机油是在8000公里时，性能才开始下降。
