談到合成潤滑油的應用，其焦點可能都集中在頂級的車輛發動機潤滑油上，尤其是Mobil 1可說是最具代表性的產品。合成潤滑油早先是開發用於航空的潤滑，由於它能承受的溫度範圍遠超過礦物油又具有優異的保護效果，所以隨後便應用於各類型工業設備嚴苛操作條件下的潤滑使用。不同於礦物油是由自然產生的碳氫複雜混合而成，合成基礎油是人工合成，以量身訂製方式以求得到預期特性的分子結構；為了進一步強化特定應用上的需求，再輔以最先進的添加劑配方，成就合成潤滑油在各種不同應用上的潤滑效能。
這些合成基礎油是怎樣分類的呢？有些是以其化學結構的相似性質來區分，然而在使用和其效能上，卻有相當大的不同。至於不同類型的合成基礎油，其特性和潤滑上的應用，常常就是全然不同的性質，運用上更有特殊的方向。 在此我們將合成基礎油區分為四大類型，分別是：合成碳氫、有機酯、多元醇（聚醇類）和磷酸酯類。這幾類的合成基礎油，幾乎在合成潤滑油的應用上佔了絕大多數。接下來一一的詳述各合類成基礎油的特性和應用。
1. 合成碳氫：在合成碳氫這個類別裡，包括了聚α烯烴Poly-α-Olefins，烷基苯AlkylatedAromatics，聚丁烯Polybutenes，以及環脂肪族CycloAliphatics等四種型態。合成潤滑油的成品油有可能是上述單一或多種基礎油再摻配選定的添加劑而成。其中前三項的合成基礎油使用量大，過去幾年的需求成長也最快。
1.1 聚α烯烴Poly-α-Olefins（PAO）
聚α烯烴是由烯烴類聚合而成的合成基礎油，由低分子量的物質結合形成。最常見的方法是選用乙烯或丙烯，聚合成含10個碳的直鏈烯烴。接著每三到十個這樣的直鏈烯烴（通常是三個的三聚物）進一步的組合（寡聚合以產生低相對分子量聚合物），並且加以氫的飽和而形成聚α烯烴，這就是平滑且強韌的潤滑油。聚α烯烴基礎油廣泛用於車輛用油及工業用潤滑油上，通常結合有機酯或其他的合成複合物作為引擎油，齒輪油，循環油，及液壓油的基礎油。（三聚物：三個單體的聚合產物，如苯C6H6為乙炔C2H2的三聚體。）
在工業潤滑應用方面，聚α烯烴可結合有機酯或其他合成複合物，作為高溫齒輪和軸承潤滑油，也用於高效潤滑的燃氣渦輪機和螺旋空壓機等。聚α烯烴優異的低牽引係數和高氧化穩定性最適合嚴苛的齒輪潤滑應用，低牽引係數能有效的轉換成能源的效率，最高可達8%，而高氧化穩定性能夠延長換油周期，佐以優良的配方可達礦油6倍的壽命。聚α烯烴配製的潤滑脂使用溫度寬廣，並且可用於長效潤滑嚴苛的軸承運轉條件，也廣泛的用在民航設備和軍用飛機的多效潤滑脂。
聚α烯烴(PAOS)的特性：
高黏度指數，一般均大於135，可以確保油品高溫的強韌油膜和低溫的快速流動潤滑。
優異的低溫流動性— 確保低溫啟動時良好的流動性。 傾點極低— 低溫時潤滑油不會稠化或形成固態。
抗氧化和高溫穩定性極為良好— 確保高溫時設備順暢運轉，不會因油品變質而導致停機。
高溫揮發性低，蒸發損失低微— 不因高溫而使油耗上升。 優異的水解穩定性— 不會受水氣影響而造成組成成份分解改變。
和礦油兼容，可適用於設計使用礦油的系統，可以和礦物性油品混合。
一般的油封材料兼容性良好— 不會破壞油封，造成漏油。
優良的剪力穩定性— 使用中油品的黏度不會變稀。
1.2 烷基苯 Alkylated Aromatics（Alkylbenzenes）
這是由苯烷化的合成方式產生，是另一種廣泛運用的合成碳氫（烷基族群的生成物，通常是具有10~14個碳原子的直鏈石臘組態）。藉由改變烷基族的結構和附著在苯上的位置，可改變最終產品的特性以符合預期效能的要求。在市面上常見的有兩種類別的烷化芳香族。第一種有著較低的黏度指數（附有單一的烷基族），大都和環烷基礦油摻配應用。第二種則是含較多的石臘特性（兩個烷基族）和較高的黏度指數(VI)，黏度指數可以類似PAO。第二種的產品通常稱作二烷基苯是作為潤滑基礎油最典型的烷基苯，用於發動機油、齒輪油和液壓油的摻配，可在0℃以下的低溫條件應用。烷基苯也可以用作動力傳送系統，燃氣渦輪機，冷凍空壓機等潤滑油的基礎油。然而，烷化芳香族受限於重分子的形成，無法產制高黏度的油品。由於這個黏度上的限制，使得在特定的效能運用上無法滿足潤滑使用的要求。
烷基苯的特性：
黏度指數(VI)比起具有高黏度指數的礦油稍高—高溫時能維持油品的高黏度，而低溫時又有較低的黏度。
優異的低溫流動性和極低的傾點—低溫時保有良好的流動性且不會稠化或固化。
揮發性比起相同黏度的礦油較低，氧化、高溫及水解穩定性更好—蒸發損失低微，高溫時順暢運轉，不會因油品劣化而當機，不易受水汙染而劣化。
與聚α烯烴和礦油兼容，可適用於設計使用礦油的系統，可以和礦油相混合。
但是比較不容易和抑制添加劑混合，所以某些潤滑特性可能較差。
1.3 聚丁烯 Polybutenes
聚丁烯是正丁烯和異丁烯在控制的條件下聚合而合成。一般並不將聚丁烯視為合成基礎油，因為它本身的潤滑特性並不好。經由上述程序所產制的低分子量物質具有潤滑的特性，但是其高分子量物質，就是我們常見到的聚異丁烯Polyisobutylenes（PIBs），則大都用作黏度指數增進劑和增稠劑的摻配運用。
聚丁烯的特性：
潤滑特性一般。
黏度指數VI約在70~110之間。
應用上的一項重要特性是分解溫度，當溫度約達300℃時，會完全分解成氣態的產物，不殘留積垢。
介電能力強。
1.4 環脂肪族 Cycloaliphatics
環脂肪族是合成碳氫的一種，具有特殊的性質而少量用於潤滑上，可見於脂肪族和碳氫所組合成的牽引油液中。環脂肪族具有一個封閉的環狀結構（如環己烷）連結著直鏈或支鏈（如烷基族）。
環脂肪是典型具有牽引力的油液，在高應力的狀況下會產生如玻璃狀的結構。因為具有高牽引係數可確保高效的剪力傳遞，這個特性被有效的利用在扭力傳動油液的應用中，當油液處於高剪應力時，黏度會大幅的上升。在潤滑的功能方面可以避免熔接及金屬表面之間高負荷導致表層的剝落。
環脂肪族的特性:
在高剪力的情況下產生高牽引係數。
避免抗磨軸承滾動件在高負荷和速度操作條件下產生打滑的現象。
環脂肪族在潤滑油品的應用:
環脂肪族通常用作特殊潤滑油品的添加劑。
作為無段變速系統承受剪力的傳送油液。
2. 有機酯Organic Esters:
有機酯是最早使用的合成基礎油。在二次大戰期間，德國的化學家用有機酯摻配在礦油中以改善低溫特性並且填補礦油供給量的不足。接著在50年代開始用作航空器的噴射引擎潤滑油，現在則是所有航空噴射引擎潤滑油必要的基礎油。同時也是許多低溫滑脂的基礎油。有機酯含有氧的成分，是由醇類和有機酸反應產生。它可分為雙酯酸和多元酯兩種類別。酯的產生類別則根據作為鹼基的有機酸以及醇（第一級、第二級、第三級）的使用而定。
2.1 雙酯酸 Dibasic AcidEasters
雙酯酸是由有機酸二鹼鹽類（具有兩個羧基COOH）和具有一氫氧根的醇類(單一羥基OH)反應形成。從結構來看，雙酯酸將其酸置於中央，而醇則附在尾端。這樣的安排和多元酯是不同的。許多種的雙酯酸的特性是按酸和醇的組分而定。
雙酯酸的特性:
高溫及氧化穩定性良好，剪力穩定性良好。
優異的低溫流動性，傾點低。
吸溼性強，水解穩定性不好，防鏽性一般。
黏度指數VI一般。
金屬溼潤性良好，油膜強韌。
和漆類及油封材質會起反應（油封膨脹）。
和礦物油相容。
能將積垢產物溶解懸浮於其中，保持金屬表面潔淨。
揮發度低。
2.2 多元酯Polyol Esters
多元酯是由醇和兩個或多個氫氧根（多羥基醇含一元酸）反應而形成。如上所述，和雙酯酸不同，多元酯的結構是將多元結構置於中央，而酸基的根部附於旁邊。如同雙酯酸一般，多元酯的物理性質也因選擇不同的多元醇或酸而有差異。例如三羥甲醇丙烷Trimethylolpropane及異戊四醇Pentaerythritol兩者是最常用的多元醇，酸則是從動植物油中取得。
多元酯的特性:
優異的高溫穩定性優於雙酯類。
低溫特性及水解穩定性和雙酯類很接近。
黏度指數VI可能低於雙酯類。
可能比雙酯類更容易和漆類及油封材質起反應（油封膨脹）。
其他特性和雙酯類很接近。
3. 多元醇 Polyglycols
多元醇這類型的聚合物是合成基礎油分類中，單一產量最大宗且產品特性和應用範圍寬廣的合成基礎油。其中作為潤滑應用的基礎油只不過是總數的十分之一而已。多元醇有多種產品和特性其名稱如：
其中聚烯烴二醇醚Poly-alkylene glycols ethers是用作潤滑油最主要的物質，結構比較簡單的如乙二醇Ethylene glycol則作為剎車油。多元醇是聚合物由環氧乙烷Ethylene oxide(EO)，環氧丙烷Propylene oxide(PO)，或其衍生物產生。主要的原料為乙烯或丙烯，經氧化過程而產生環醚或烯烴基，這些產物再和醇類聚合而形成二醇類的長鏈組分。它的黏度則按鏈結的長度而增加。如果將環氧乙烷(EO)，環氧丙烷(PO)所得的醚類按不同的比率混合在一起，對其他液體的溶解性有深遠的影響。
例如：EO:PO = 4:1溶於水，不溶於碳氫EO:PO = 1:1溶於冷水，溶於醇及二醇醚，不溶於碳氫EO:PO = 0:1不溶於水，有條件溶於碳氫上述的比較說明不同類型多元醇的不同應用於:防凍液，剎車油，水基液壓油，碳氫氣體壓縮機潤滑油等。
多元醇的特性:
黏度指數VI相當高，通常都高於150。
牽引係數低。
高溫的應力作用下，多元醇會分解成氣態的組分。
低溫流動性良好，傾點約在-20℃至-50℃之間。
高溫及氧化穩定性一般，可藉助添加劑來強化。
和礦物油及添加劑不易相容，通常少量用於與礦物油摻配使用。
會侵蝕漆類和油封材料。
按乙烯及氧化丙烯的比率，和水或油的溶解性會有不同。
3. 4.磷酸酯 Phosphate Esters(PhosphoricAcid Esters)
第四個主要類型為磷酸酯，通常用作防火性液壓油的用途，由烷基酚（酚類是苯吸附單醇類的化合物）和氧氯化磷（POCl3）反應產生。磷酸酯這類型合成基礎油按苯基所吸附的族群可分成三芳基磷酸酯、三烷基磷酸酯及混合烷芳基磷酸酯。
磷酸酯的特性:
氧化穩定性普通至良好。
水解穩定性一般。
分解產生腐蝕性的磷酸物質。
侵蝕漆類和油封。
油體的穩定溫度:
█ 三芳基磷酸酯 150℃~180℃
█ 烷芳基磷酸酯 90℃~120℃