Kombinatorna sinteza je tehnika koju kemičari koriste za stvaranje velikog broja srodnih ili sličnih kemijskih spojeva u svrhu njihove usporedbe. Prikupljanjem podataka o takvoj skupini spojeva, koja se naziva kombinacijska biblioteka, kemičar može koristiti te podatke za odabir specifičnih spojeva za daljnja istraživanja. Velik dio ove vrste posla obavlja se virtualno, koristeći sofisticirani softver, što omogućuje kemičarima da brzo skupe informacije o svakom mogućem spoju koji se može stvoriti sa željenom bazom ili skupom komponenti ili molekula. Spojevi koji obećavaju tada se mogu odabrati i sintetizirati za testiranje u laboratoriju.
Napredak računalne tehnologije uvelike je unaprijedio tehnike kombinatorne sinteze i omogućio je kemičarima brzo stvaranje kombinatornih biblioteka s vrlo velikim brojem sličnih, ali različitih spojeva. Neke baze podataka ovog tipa mogu sadržavati milijune različitih spojeva. Ideja kombinatorne sinteze prvi put je razvijena u drugoj polovici 20. stoljeća, ali je postala široko korišteni alat 1990-ih s brzim napretkom računalne snage dostupne istraživačima.
Farmaceutske su tvrtke jedni od glavnih korisnika ove tehnike, koja omogućuje otkrivanje i odabir potencijalno korisnih lijekova za najranije faze testiranja puno bržom brzinom nego što je to prije bilo moguće. Korištenjem sofisticiranog softvera, istraživači su u stanju praktički sintetizirati cijele obitelji spojeva u sekundama za koje bi inače bile potrebne godine ako se izvode u laboratoriju. Ovaj softver im također može pomoći da odaberu određene spojeve za daljnje testiranje i sintezu u stvarnim životnim uvjetima. Na taj se način mnogi novi lijekovi mogu razviti i uvesti u upotrebu mnogo brže nego što bi inače bilo moguće.
Druga područja kemije također mogu koristiti principe kombinatorne sinteze. Istraživači u mnogim akademskim i industrijskim područjima koriste ovu tehniku. Proces se može koristiti za razvoj novih polimera, naftnih derivata i insekticida. Istraživači sa Sveučilišta Berkeley u Kaliforniji koristili su kombinatornu sintezu za razvoj cijele obitelji metalnih spojeva zvanih magnetoreaktivni spojevi. Ovi spojevi imaju svojstvo različite vodljivosti kada su izloženi određenim magnetskim poljima.
Ova je tehnika još uvijek relativno nova i nesumnjivo će dati veliki poticaj istraživanjima u brojnim područjima u 21. stoljeću. Gotovo svako područje koje se na bilo koji način oslanja na kemiju za razvoj novih spojeva može imati koristi od kombinatorne sinteze. Kemičar ili istraživač može koristiti softver za pomoć u pronalaženju spojeva sa željenim karakteristikama ili svojstvima u djeliću vremena potrebnog za provođenje istog istraživanja drugim metodama.