Phương pháp tổng hợp không còn quan trọng nữa vì sự phát triển của các phương pháp hiệu quả theo hiđro perôxít.[2] Ban đầu natri peroxit 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 hoá hơn được phát triển. Ở nhiệt độ (0–20 °C), O2 phản ứng với hỗn hống NaHg loãng (0,1–5,0 phần trăm). Nó còn được điều chế bằng cách dẫn khí ozon qua dung dịch natri iođua trong ống platin hay paladi. Ozon oxi hoá natri tạo ra natri peroxit. Iốt được giải phóng dưới dạng tinh thể, có thể thăng hoa khi đun nóng nhẹ. Platin hay paladi làm xúc tác cho phản ứng và không bị natri peroxit tấn công.