合成机油是通过化学合成或精炼加工的方法获得的，其工艺复杂，炼制成本高昂。

合成型基础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，加以化学反应并透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。涡轮增压型发动机必须使用合成油。其他安装高性能发动机的车辆，可根据需要选择合成油或高性能的APISL级矿物油型机油。