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合成机油严格意义上指的是100%用PAO（聚a-烯烃）或人工合成的酯类的高品质机油产品，一般会在机油桶上面标注“synthetic”的字样。

合成机油是利用化学方法合成制造的机油，根据使用目的不同，合成机油可以改变各种成分。合成机油的研制工作始于30年代，当时由于飞机使用的机油条件较为严苛，要求一种性能更高的机油，因此一些化学工厂开始研制和生产合成机油。

半合成机油和全合成机油是机油的两个分类。二者最大差别在于全合成油使用的温度更广，使用期限更长；同样的油膜要求，合成油可用较低的黏度就可达成，而半合成油就需用相对于合成油较浓的黏度才可达到如此要求。在相同的工作环境里，全合成油用较低的黏度就可以达到保护引擎的目的。