Die Synthese umfasst den gezielten Aufbau von Materialien durch die kontrollierte Kombination verschiedener Ausgangsstoffe. Dabei werden sowohl traditionelle als auch moderne Verfahren angewendet, um maßgeschneiderte Strukturen und Eigenschaften zu erzielen. Methoden wie die Sol-Gel-Synthese und die hydrothermale Synthese ermöglichen die Bildung von Nanostrukturen, indem Metallalkoxide oder Salze in einem Lösungsmittel hydrolysiert und kondensiert werden. Diese Ansätze werden u.a. bei der Entwicklung von Glaskeramiken, Beschichtungen und Katalysatoren genutzt.

Moderne Konzepte, wie die grüne Synthese, setzen auf umweltfreundliche Reaktionsbedingungen und nachhaltige Lösungsmittel, um Ressourceneinsatz und Abfall zu minimieren. Auch die mechanochemische Synthese, bei der mechanische Energie zur Förderung chemischer Reaktionen eingesetzt wird, gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie oftmals den Einsatz von Lösungsmitteln reduziert oder überflüssig macht.

Weitere Verfahren wie die Festkörper-Synthese und die mikrowellenunterstützte solvothermale Synthese eröffnen zusätzliche Möglichkeiten, Materialien mit spezifischen Eigenschaften herzustellen. Hochdurchsatzmethoden erlauben es, mehrere Reaktionsparameter gleichzeitig zu optimieren und so effizient die besten Synthesebedingungen zu ermitteln. Insgesamt spielt die Synthese eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung neuartiger Werkstoffe, indem sie die Grundlage für die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Endprodukts legt.