合成基础油主要由低分子量碳氢化合物制成。该工艺可在极端操作条件下生产高质量、长寿命的基础油。一般来说，合成基础油可以提供最佳的高温和低温保护，并且可以处理更广泛的应用温度。合成基础油有多种类型，所有合成基础油都与矿物基础油相容。具体分类如下。
1. 聚-烯烃（PAO）。它是一种不饱和烃，通式为(-CH2-)n。它不含硫、磷、金属和蜡。具有优异的高温稳定性和低温流动性，粘度指数高，挥发性低，与矿物基础油相容。尽管PAO 的氧化稳定性不如矿物油，且溶解极性添加剂的能力较差，但它经常与其他合成油混合使用，建议将这种基础油用于发动机油和齿轮油。
2.烷基化芳烃。由芳香族化合物（通常为苯或萘）烷基化而成，具有优异的低温流动性和低倾点、良好的添加剂溶解性、热稳定性和润滑性。虽然它们的粘度指数与矿物油大致相同，但挥发性较小，对氧化、高温和水解更稳定，可用作发动机油、齿轮油和液压油的基础油。
3.聚丁烯。它们由丁烯和异丁烯受控聚合而成，与其他合成基础油相比，挥发性更强，氧化稳定性较差，并且粘度指数较低。它们产生烟灰沉积的可能性非常低，这就是它们在配方中使用的原因。二冲程发动机油，也可与矿物或合成基础油混合用作齿轮油。
4.聚亚烷基二醇(PAG)。是由环氧乙烷（EO）、环氧丙烷（PO）或其衍生物制成的聚合物。在水或其他碳氢化合物中的溶解度取决于氧化物的类型。两者都具有良好的粘度。 /温度特性，倾点低，高温稳定性好，闪点高，润滑性好，剪切稳定性好。 PAG 对大多数金属无腐蚀性，并且与橡胶相容。 PAG 的主要缺点是添加剂溶解度低以及与润滑剂、密封件、油漆和面漆的浇注相容性低。由于其水溶性，它们被用作液压制动液（DOT3 和DOT4）的基础油，并且由于其在高温下沉积量低，因此被用作二冲程发动机油、压缩机润滑油和耐火液。
5、合成酯。它们是由醇和有机酸反应产生的含氧化合物。它们具有良好的润滑性、温度和水解稳定性、添加剂的溶解性以及与添加剂和其他基质的相容性。然而，一些酯会损坏密封件。因此需要特殊的成分。它们用作发动机油的基础油，并与其他合成基础油混合，以改善低温性能，降低燃料消耗，并增加耐磨性和粘温性能。此外，作为二冲程发动机基础油，合成酯可以减少沉积物的形成，保护环、活塞和火花，并且由于其优异的润滑性，可以将润滑油用量从矿物油的50:1减少到100:1和150:1 。
6.磷酸酯。由于其高润滑性而被用作抗磨添加剂，由于其低可燃性而被用作液压油和压缩机油的基础油，但其水解稳定性、温度稳定性和粘度指数较低，其低温性能较差贫穷的。不同之处。此外，它们在油漆、涂层和密封方面也存在问题。
7.多元醇酯。多元醇酯具有良好的高温稳定性、水解稳定性和低温性能，低挥发性和低粘度指数，也可能对涂料产生较大的影响，导致弹性体更多的溶胀，以与氟化氢一起使用时由于由于碳化合物(HFC) 制冷剂的混溶性，多元醇酯用于制冷系统。
8.全氟聚醚（PFPE）。它们的密度几乎是碳氢化合物的两倍，与大多数其他基础油不混溶，并且在所有实际条件下都不易燃。非常好的粘度、温度和粘度、压力稳定性、高氧化稳定性和水稳定性，这些特性与剪切稳定性相结合使其适合用作航天器中的液压油，也适用于电介质中的变压器和发电机。
9.聚苯醚。具有优异的高温性能和抗氧化性能，以及良好的粘度和温度性能。常被用作耐高温、耐辐射的液压油。
10.聚硅氧烷或硅酮。具有高粘度指数、低倾点、高温稳定性和氧化稳定性，因此它们在较宽的温度范围内表现良好，具有化学惰性、无毒、防火和防水、挥发性低，并且与密封件和塑料相容。它们的缺点是，如果确实发生氧化，它们会形成磨料二氧化硅，由于表面张力低而不能形成有效的粘合润滑膜，并且它们与添加剂的反应也很差，通常用于制动液和润滑油中的消泡剂。
