合成油是通过化学合成方法制备成较高分子的化合物，再经过调配或进一步加工而成的润滑油。它包括合成酯类，聚α-烯烃、聚醚类、硅油等，其成分与石油烃类不同。半合成油指的是合成油与矿物油按一定比例混合制成的润滑油。由于合成油的原材料贵，合成工艺复杂，投资高，因此合成油及半合成油的价格普遍比矿物油高。合成油与矿物型润滑油相比具有以下优良特性。
(1)极佳的黏温性和低温流动性
合成型机油比矿物油黏度指数高，黏度随温度变化小。在高温黏度相同时，大多数合成油比矿物油的倾点(或凝点)低，低温黏度小。同样的油膜要求，合成油可用较低的黏度就可形成，达到保护发动机的目的。因此，可以减少汽车在低温启动时的能耗，延长蓄电池寿命;同时，由于润滑油流到摩擦表面需要的时间短，可以减少发动机部件在启动时出现的干磨损现象，延长发动机使用寿命。
(2)高温抗氧化性强
合成油的热氧化安定性能远较矿物油型机油好，即因氧化而产生酸质、油泥的趋势小，在各种恶劣操作条件下，对发动机都能提供适当的润滑和有效的保护，因而具有更长的使用寿命，保证了机油在长期使用期内的性能稳定性。
在相同的工作环境里，合成油因为使用期限比矿物油长很多，因此虽然成本较高，但是比较换油次数之后，并不比矿物油高很多。
(3)蒸发损失低
合成油一般是一种纯化合物，沸点范围较窄，其蒸发损失远较矿物油低，可以降低油耗、减少废气排放以及延长催化转换器的使用寿命。
此外，与传统矿物油型机油相比，合成机油还具有优良的化学稳定性，抗辐射性好及油膜强度高和泡沫少的特点。因此，一般高档车都选择合成机油。
当将一种典型矿物油型发动机油换为典型的合成型油时会产生一些问题。作为合成油基础油成分之一的酯具有突出的天然清净作用，它可将使用矿物油时因热氧化分解而在发动机内部形成的期膜清干净，浮在润滑油表面。这种表面的物质会堵塞过滤器，并堵塞油路导致供油不足。因此，要在使用了一段时间矿物油的发动机换用合成油时，一定要注意：在换油之前必须先清洗润滑系统，并在启动机器之前要仔细检查。