Synthese bezeichnet in den Werkstoffwissenschaften die gezielte Herstellung von Phasen, Mikrostrukturen und Bauteilen aus Atomen, Ionen oder Molekülen. Sie bildet die zentrale Verbindung zwischen theoretischem Werkstoffdesign und der praktischen Realisierung funktionaler Werkstoffe.

Grundlegend unterscheidet man Syntheserouten nach Aggregatzustand und Prozessführung, z. B. Festkörper‑Synthese (klassische Keramikreaktion), lösungsbasierte Verfahren wie Sol‑Gel‑Synthese und hydrothermale Synthese, gasphasenbasierte Ansätze (z. B. CVD) sowie mechanisch aktivierte Verfahren wie die mechanochemische Synthese. Für Nanomaterialien kommen spezialisierte Strategien der Nanopartikelsynthese hinzu, häufig über Keimbildung und kontrolliertes Wachstum in Lösung oder in der Gasphase.

Moderne Synthesekonzepte betonen Prozessintegration und Funktionsnähe: Bei der in‑situ‑Synthese entstehen beispielsweise Verstärkungsphasen direkt während der Bauteilherstellung. Hochdurchsatzsynthese kombiniert automatisierte Probenherstellung und ‑charakterisierung zur raschen Erkundung multidimensionaler Zusammensetzungs‑ und Prozessräume.

Grüne und nachhaltige Synthese adressieren Energie‑ und Ressourceneffizienz, Toxizität und Kreislauffähigkeit. Dazu zählen der Einsatz nachwachsender oder ungiftiger Edukte, Lösemittelreduktion oder ‑substitution (z. B. wasserbasierte Systeme) sowie energieeffiziente Anregungsmethoden wie Mikrowellensynthese. Insgesamt bestimmt die gewählte Syntheseroute maßgeblich Zusammensetzung, Defektchemie, Phasenreinheit und Mikrostruktur und damit die späteren mechanischen, thermischen, elektrischen und funktionellen Eigenschaften eines Werkstoffs.