Naturlig organisk kemi är studiet av sammansättningen, syntesen, strukturen och egenskaperna hos naturliga organiska föreningar. Från början av 1900-talet till 30-talet bestämdes strukturen av monosackarider, aminosyror, nukleotider, bovin kolsyra, kolesterol och vissa terpenoider, peptider och proteiner; på 30~40-talet, vissa vitaminer, steroidhormoner, Strukturen av polysackarider har avslutat studiet av strukturen och syntesen av vissa steroidhormoner och vitaminer; runt 40-50-talet har vissa antibiotika som penicillin upptäckts, och strukturbestämningen och syntesen har slutförts; på 50-talet har den totala syntesen av vissa steroidföreningar och alkaloider som morfin, syntesen av bioaktiva små peptider som oxytocin avslutats, insulinets kemiska struktur har bestämts, proteiners spiralstruktur och DNA:s dubbelhelixstruktur har upptäckts; den totala syntesen av insulin och oligonukleotider har fullbordats på 60-talet; och prostaglandinerna har utförts från 70-talet till början av 80-talet, vitamin B12, den totala syntesen av insektsferomonhormoner, bestämningen av strukturen av nukleinsyror och maytangenin och fullbordandet av deras totala syntes och så vidare.
I organisk syntes är det främst syntes av organiska föreningar från enkla föreningar eller grundämnen genom kemiska reaktioner. På 30-talet av 1800-talet syntetiserades urea och på 40-talet syntetiserades ättiksyra. Därefter syntetiserades successivt en serie organiska syror såsom glukonsyra, citronsyra, bärnstenssyra, äppelsyra och så vidare; under andra hälften av 1800-talet syntetiserades en mängd olika färgämnen; på 40-talet av 1900-talet syntetiserades DDT och organofosfor insekticider, organosvavelfungicider, herbicider och andra bekämpningsmedel; i början av 1900-talet syntetiserades 606 medel, och på 30-40-talet syntetiserades mer än 1 000 sulfonamider, av vilka några kan användas som läkemedel.