Aspartame là este metyl của dipeptit của các axit amin tự nhiên L-aspartic acid và L-phenylalanine. Trong điều kiện acidic hoặc kiềm mạnh, aspartame có thể tạo ra methanol bằng thủy phân. Trong các điều kiện khắc nghiệt hơn, các liên kết peptid cũng được thủy phân, kết quả là các axit amin tự do.[59]

Trong khi các khía cạnh được biết đến của tổng hợp được bao phủ bởi bằng sáng chế, nhiều chi tiết là độc quyền.[12] Hai phương pháp để tổng hợp được sử dụng thương mại. Trong quá trình tổng hợp hóa học, hai nhóm carboxyl axit aspartic được kết hợp thành một anhydrit, và nhóm amino được bảo vệ bằng cách chuyển nó thành một nhóm chức năng mà không ảnh hưởng đến phản ứng tiếp theo. Phenylalanine được chuyển thành ester metyl của nó và kết hợp với anhydrit aspartic được N-bảo vệ; Sau đó nhóm bảo vệ được loại bỏ từ nitơ aspartic bằng thủy phân axit. Hạn chế của kỹ thuật này là một sản phẩm phụ, dạng nếm vị đắng, được tạo ra khi nhóm carboxyl sai từ axit aspartic liên kết với phenylalanine. Một quá trình sử dụng một enzyme từ Bacillus thermoproteolyticus để xúc tác sự ngưng tụ của axit amin bị biến đổi về mặt hóa học sẽ tạo ra sản lượng cao mà không có sản phẩm phụ hình thức β. Một biến thể của phương pháp này, chưa được sử dụng thương mại, sử dụng axit aspartic chưa biến đổi, nhưng cho năng suất thấp. Các phương pháp sản xuất aspartyl-phenylalanine trực tiếp bằng phương pháp enzyme, tiếp theo là methyl hóa hóa, cũng đã được thử, nhưng không được thu nhỏ để sản xuất công nghiệp.[60]