全基因合成是把用化学方法合成的短的单链的引物在体外扩增出长的DNA双链片段，再连到载体上的过程。由于研究某些基因或者某种蛋白的生理作用，例如生理活性等，因此，需要通过人工实验的方法合成一段全基因序列。基因化学合成虽然不像PCR那样能实现迅速高效的扩增，但却有着不需要模板，直接面向序列等无法替代的优势。 当需要得到很难克隆或难以获取的基因或cDNA时，就需要以人工合成来的方式来实现。 例如高GC的基因、最新发现的基因、非天然的序列、嵌合体基因、multi-domain序列、shRNAi表达序列等等。 另外，异源蛋白在跨物种表达时，由于原物种与表达物种之间密码子偏好不相同，有时难以高效表达。有实验证明在E.coli中，优化编码子后的蛋白的表达量能提高3-20倍。进行密码子优化后得到的序列没有现成的DNA模板，这时就需要用人工合成的方法来达到目的。 算法是基因合成技术的核心。基因合成项目的完成依赖于2个算法，即基因的优化算法及寡核苷酸的设计算法。通过基因优化算法，可以优化基因的蛋白质表达系统，提高表达效率。寡核苷酸算法的改进则可以大大提高基因合成的稳定性。 经过基因工程学工作者艰苦细致的探索研究，人们现在已经掌握了分离和制造目的基因的一些有效方法。一般来说，目前获取目的基因的方法主要有三种：反向转录法、从细胞基因组直接分离法和人工化学合成法，这些方法都有一个前提，就是已有文献报道所研究的目的基因的蛋白序列或者基因的序列。 1）反向转录法：这种方法主要用于分子量较大而又不知其序列的基因，它以目的基因的mRNA为模板，设计上下游引物，借助反转录酶合成碱基互补的DNA片段，即cDNA，再在DNA聚合酶的作用下合成双链cDNA，亦即目的基因的双链DNA。 2）基因组扩增法：利用基因组抽提试剂盒，可以从细胞、植物、血液、动物组织中直接分离基因组，设计特异扩增的引物，利用抽提的基因组为模版，直接PCR扩增，以获取目的基因。 3）人工合成：依照某一蛋白质的氨基酸序列，或基因序列，设计全长引物，利用OVERLAP方法形成模版DNA，再利用PCR扩增的方法得到双链DNA，然后将PCR产物转化克隆至克隆载体或者表达载体中。化学合成全基因目前是准确率最高，速度最快的方法，同时可以依据密码子在不同宿主细胞的偏爱性和不同的实验需求，设计基因序列，提高表达水平。