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合成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，拥有矿物油不可比拟的优势，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。
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。合成油因其蒸发损失小，所以机油消耗低，减少了添加机油的烦琐，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。
全合成机油是机油中的高等级油品。是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、催化等复杂的化学反应炼制成大分子组成的润滑液。
在本质上，它使用的是原油中较好的成分，加以化学反应并在人为的控制下达到预期的分子形态，全合成油分子排列整齐，抵抗外来变数的能力自然很强，因此体质较好，热稳定、抗氧化反应、抗黏度变化的能力自然要比矿物油和半合成油强得多，所以价格也是最高的。
合成机油是现代化学技术进步的产物，是人类科技发展的里程碑。润滑性比植物机油高、摩擦阻力小、不容易氧化、清净性强。低温流动性和耐热性较矿物机油差是其致命缺点。
