A természetes szerves kémia a természetes szerves vegyületek összetételének, szintézisének, szerkezetének és tulajdonságainak tanulmányozása. A 20. század elejétől a 30-as évekig meghatározták a monoszacharidok, aminosavak, nukleotidok, a szarvasmarha-kólsav, a koleszterin és egyes terpenoidok, peptidek és fehérjék szerkezetét; a 30-40-es években néhány vitamin, szteroid hormon, A poliszacharidok szerkezete befejezte egyes szteroid hormonok és vitaminok szerkezetének és szintézisének vizsgálatát; a 40-50-es évek körül néhány antibiotikumot, például penicillint fedeztek fel, és a szerkezet meghatározása és szintézise befejeződött; az 50-es években befejeződött bizonyos szteroid vegyületek és alkaloidok, például a morfin teljes szintézise, a bioaktív kispeptidek, mint az oxitocin szintézise, az inzulin kémiai szerkezetének meghatározása, a fehérjék spirális szerkezete és a kettős hélix szerkezete. DNS-t fedeztek fel; az inzulin és az oligonukleotidok teljes szintézise a 60-as években befejeződött; és a prosztaglandinokat a 70-es évektől a 80-as évek elejéig végezték, a B12-vitamint, a rovarferomon hormonok teljes szintézisét, a nukleinsavak és a maytangenin szerkezetének meghatározását és teljes szintézisének befejezését és így tovább.
A szerves szintézisben főként szerves vegyületek szintézise egyszerű vegyületekből vagy elemekből kémiai reakciókkal. A 19. század 30-as éveiben karbamidot, a 40-es években ecetsavat szintetizáltak. Ezt követően egy sor szerves savat, például glükonsavat, citromsavat, borostyánkősavat, almasavat és így tovább szintetizáltak egymás után; a 19. század második felében különféle színezékeket szintetizáltak; a 20. század 40-es éveiben DDT-t és szerves foszfortartalmú rovarölő szereket, szerves kéntartalmú gombaölő szereket, gyomirtó szereket és egyéb peszticideket szintetizáltak; a 20. század elején 606 szert, a 30-40-es években pedig több mint 1,000 szulfonamidot szintetizáltak, amelyek egy része gyógyszerként is használható.