Tổng hợp các phân tử trong một kiểu tổ hợp có thể nhanh chóng dẫn đến một số lượng lớn các phân tử. Ví dụ, một phân tử có ba điểm đa dạng (R1, R2, and R3) có thể tạo ra N R 1 × N R 2 × N R 3 {\displaystyle N_{R_{1}}\times N_{R_{2}}\times N_{R_{3}}} các cấu trúc khác nhau, trong đó N R 1 {\displaystyle N_{R_{1}}} , N R 2 {\displaystyle N_{R_{2}}} , and N R 3 {\displaystyle N_{R_{3}}} là số lượng các chất thế khác nhau được sử dụng. [cần dẫn nguồn]

Nguyên lý cơ bản của hóa học tổ hợp là để chuẩn bị các thư viện với số lượng rất lớn các hợp chất sau đó xác định các thành phần hữu ích của thư viện đó.

Mặc dù hoá học tổ hợp chỉ thực sự được ngành công nghiệp chiếm lĩnh kể từ những năm 1990,[cần dẫn nguồn]nguồn gốc của nó có thể được nhìn thấy từ những năm 1960 khi một nhà nghiên cứu tại Đại học Rockefeller, Bruce Merrifield, bắt đầu nghiên cứu tổng hợp pha rắn của các peptide.