Kombinatoriskā sintēze ir paņēmiens, ko ķīmiķi izmanto, lai izveidotu lielu skaitu saistītu vai līdzīgu ķīmisku savienojumu, lai tos salīdzinātu. Apkopojot datus par šādu savienojumu grupu, ko sauc par kombinēto bibliotēku, ķīmiķis pēc tam var izmantot šos datus, lai atlasītu konkrētus savienojumus turpmākiem pētījumiem. Liela daļa šāda veida darbu tiek veikta virtuāli, izmantojot sarežģītu programmatūru, kas ļauj ķīmiķiem ātri uzkrāt informāciju par katru iespējamo savienojumu, ko var izveidot ar vēlamo bāzi vai komponentu vai molekulu kopu. Pēc tam var atlasīt un sintezēt daudzsološus savienojumus testēšanai laboratorijā.
Datortehnoloģiju sasniegumi ir ievērojami uzlabojuši kombinatoriskās sintēzes metodes un ļāvuši ķīmiķiem ātri izveidot kombinatoriskas bibliotēkas ar ļoti lielu skaitu līdzīgu, bet atšķirīgu savienojumu. Dažās šāda veida datubāzēs var būt miljoniem dažādu savienojumu. Ideja par kombinatorisko sintēzi pirmo reizi tika izstrādāta 20. gadsimta otrajā pusē, bet kļuva par plaši izmantotu rīku 1990. gados, kad pētniekiem bija pieejama strauja skaitļošanas jauda.
Farmācijas uzņēmumi ir vieni no galvenajiem šīs metodes lietotājiem, kas ļauj atklāt potenciāli noderīgas zāles un atlasīt tās agrākajām testēšanas fāzēm daudz ātrāk, nekā tas bija iespējams. Izmantojot sarežģītu programmatūru, pētnieki spēj praktiski sintezēt veselas savienojumu grupas dažu sekunžu laikā, kas citādi prasītu vairākus gadus, ja to veiktu laboratorijā. Šī programmatūra var arī palīdzēt viņiem atlasīt noteiktus savienojumus turpmākai pārbaudei un sintēzei reālos apstākļos. Tādā veidā daudzas jaunas zāles var izstrādāt un ieviest lietošanai daudz ātrāk, nekā tas būtu iespējams.
Arī citās ķīmijas jomās var izmantot kombinatoriskās sintēzes principus. Pētnieki daudzās akadēmiskās un rūpniecības jomās izmanto šo metodi. Šo procesu var izmantot jaunu polimēru, naftas produktu un insekticīdu izstrādei. Pētnieki Bērklijas Universitātē Kalifornijā ir izmantojuši kombinatorisko sintēzi, lai izstrādātu veselu metālisku savienojumu saimi, ko sauc par magnetoreaktīviem savienojumiem. Šiem savienojumiem ir īpašība mainīt vadītspēju, ja tie tiek pakļauti noteiktiem magnētiskajiem laukiem.
Šī metode joprojām ir salīdzinoši jauna un, bez šaubām, sniegs lielu stimulu pētniecībai vairākās jomās 21. gadsimtā. Gandrīz jebkura joma, kas jebkādā veidā balstās uz ķīmiju jaunu savienojumu izstrādei, var gūt labumu no kombinatoriskās sintēzes. Ķīmiķis vai pētnieks var izmantot programmatūru, lai palīdzētu atrast savienojumus ar vēlamiem raksturlielumiem vai īpašībām daļējā laika posmā, kas nepieciešams, lai veiktu to pašu pētījumu ar citām metodēm.