Trong hóa sinh, hóa tổng hợp là sự chuyển đổi sinh học của một hoặc nhiều phân tử chứa carbon (thường là cacbon dioxide hoặc mêtan) và các chất dinh dưỡng thành chất hữu cơ bằng cách sử dụng quá trìnhoxy hóa khử các hợp chất vô cơ (ví dụ: khí hydro, Hydro sulfide) hoặc các ion sắt làm nguồn cung cấp năng lượng chứ không phải là ánh sáng mặt trời như trong quang hợp.Nhiều vi sinh vật trong các vùng tối của đại dương sử dụng quá trình hóa tổng hợp để tạo ra sinh khối từ các phân tử cacbon đơn lẻ. Có hai loại khác nhau. Ở những nơi hiếm hoi có các phân tử hydro (H2), năng lượng sẵn có từ phản ứng giữa CO2 và H2 (dẫn đến sản sinh metan, CH4) có thể đủ lớn để thúc đẩy sản xuất sinh khối. Còn trong hầu hết các môi trường đại dương khác, năng lượng cho quá trình hóa tổng hợp bắt nguồn từ các phản ứng trong đó các chất như Hydro sulfide hoặc amonia bị oxy hóa. Điều này có thể xảy ra khi có hoặc không có oxy.Nhiều vi sinh vật hóa tổng hợp là thức ăn của các sinh vật khác trong đại dương, và các mối quan hệ cộng sinh giữa sinh vật hóa tổng hợp và sinh vật dị dưỡng hô hấp là khá phổ biến. Các quần thể động vật lớn có thể được cấp dưỡng bởi quá trình sản xuất thứ cấp hóa tổng hợp tại các miệng phun thủy nhiệt, mêtan hyđrat, lỗ phun lạnh, kình lạc và nước trong hang động bị cô lập.Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng quá trình hóa tổng hợp kỵ khí có thể hỗ trợ sự sống bên dưới bề mặt Sao Hỏa, vệ tinh Europa của Sao Mộc và các hành tinh khác.[1] Hóa tổng hợp cũng có thể là kiểu trao đổi chất đầu tiên phát triển trên Trái đất, dẫn đường cho hô hấp tế bào và quang hợp phát triển sau này.