Phương pháp tổng hợp không còn quan trọng nữa vì sự phát triển của các phương pháp hiệu quả theo hydro peroxide.[2] Ban đầu natri peroxide được điều chế với khối lượng lớn bằng phản ứng giữa natri và oxi ở 130–200 °C, một quá trình trong đó sinh ra natri oxit, một chất trung gian:[4]

Một số cách chuyên môn hóa hơn được phát triển. Ở nhiệt độ thấp (0–20 °C), O2 phản ứng với hỗn hống NaHg loãng (0,1–5%). Nó còn được điều chế bằng cách dẫn khí ozon qua dung dịch natri iodide trong ống platin hay palađi. Ozon oxy hóa natri tạo ra natri peroxide. Iod được giải phóng dưới dạng tinh thể, có thể thăng hoa khi đun nóng nhẹ. Platin hay palađi làm xúc tác cho phản ứng và không bị natri peroxide tấn công.