合成油是通过化学合成或精炼加工的方法获得的，其工艺复杂，炼制成本高昂，拥有矿物油不可比拟的优势：合成油的黏度指数更高，所以黏温特性更好，高温时润滑更充足，低温下流动性好（室温条件下外观感觉比同级别矿物油稀）。同时用合成油调配的机油抗氧化性更强，大大地延长了换油周期，虽然在机油上增加了投入，但减少了更换机油和滤清器的次数。合成油因其蒸发损失小，所以机油消耗低，减少了添加机油的繁琐，并且能更好地保护三元催化器等昂贵的废气控制系统部件。此外，合成油适应更高负荷的发动机，还拥有更强的抗高温抗剪切能力，在发动机高速运转下，机油也不会损失黏度，对发动机的保护更全面。
合成型基础油来自原油中的瓦斯气或天然气所分散出来的乙烯、丙烯，再经聚合、催化等繁复的化学反应（费托合成技术，即 GTL 技术）才炼制成大分子组成的基础油。在本质上，它使用的是原油中较好的成分，加以化学反应并通过人为控 制达到预期的分子形态，其分子排列整齐，抵抗外来变数的能力自然很强，因此合成油品质较好，其对热稳定、抗氧化反应、抗黏度变化的能力自然要比矿物油强得多。

    涡轮增压型发动机如：帕萨特、宝来的1．8T发动机必须使用合成油，如壳牌超凡喜力或非凡喜力等。其他安装高性能发动机的车辆，如奥迪、本田等，可根据需要选择合成油或高性能的APISL级矿物油型机油（如特级喜力）。
值得注意的是，并非所有合成油都能具有上述明显优势。许多合成机油因配方和基础油质量问题，其性能可能并不比矿物油强多少。拥有稳定的合成油炼制工艺和高水平的配方，其合成油才能有优异的性能。