Přírodní organická chemie je studium složení, syntézy, struktury a vlastností přírodních organických sloučenin. Od počátku 20. století do 30. let byla zjišťována struktura monosacharidů, aminokyselin, nukleotidů, hovězí kyseliny cholové, cholesterolu a některých terpenoidů, peptidů a proteinů; ve 30~40 letech některé vitamíny, steroidní hormony, Struktura polysacharidů dokončila studium struktury a syntézy některých steroidních hormonů a vitamínů; kolem 40. až 50. let byla objevena některá antibiotika, jako je penicilin, a bylo dokončeno stanovení struktury a syntéza; v 50. letech byla dokončena totální syntéza určitých steroidních sloučenin a alkaloidů, jako je morfin, byla dokončena syntéza bioaktivních malých peptidů, jako je oxytocin, byla stanovena chemická struktura inzulinu, byla objevena helikální struktura proteinů a struktura dvoušroubovice DNA; celková syntéza inzulínu a oligonukleotidů byla dokončena v 60. letech; a prostaglandiny byly prováděny od 70. do počátku 80. let, vitamin B12, celková syntéza hmyzích feromonových hormonů, stanovení struktury nukleových kyselin a maytangeninu a dokončení jejich celkové syntézy a tak dále.
V organické syntéze jde především o syntézu organických sloučenin z jednoduchých sloučenin nebo prvků pomocí chemických reakcí. Ve 30. letech 19. století byla syntetizována močovina a ve 40. letech kyselina octová. Následně byla postupně syntetizována řada organických kyselin, jako je kyselina glukonová, kyselina citrónová, kyselina jantarová, kyselina jablečná a tak dále; ve druhé polovině 19. století byla syntetizována celá řada barviv; ve 40. letech 20. století byly syntetizovány DDT a organofosforové insekticidy, organosirné fungicidy, herbicidy a další pesticidy; na začátku 20. století bylo syntetizováno 606 látek a ve 30-40 letech bylo syntetizováno více než 1000 sulfonamidů, z nichž některé lze použít jako léky.