Природна органска хемија је проучавање састава, синтезе, структуре и својстава природних органских једињења. Од почетка 20. века до 30-их година утврђена је структура моносахарида, аминокиселина, нуклеотида, говеђе холне киселине, холестерола и неких терпеноида, пептида и протеина; 30-40-их година, неки витамини, стероидни хормони, Структура полисахарида је завршила проучавање структуре и синтезе неких стероидних хормона и витамина; око 40-50-их година, неки антибиотици као што је пеницилин су откривени, а одређивање структуре и синтеза су завршени; 50-их година завршена је укупна синтеза одређених стероидних једињења и алкалоида као што је морфин, синтеза биоактивних малих пептида као што је окситоцин, утврђена је хемијска структура инсулина, откривена спирална структура протеина и двострука спирална структура ДНК; укупна синтеза инсулина и олигонуклеотида је завршена 60-их година; а простагландини су спроведени од 70-их до раних 80-их, витамин Б12, укупна синтеза феромонских хормона инсеката, одређивање структуре нуклеинских киселина и мајтангенина и завршетак њихове укупне синтезе и тако даље.
У органској синтези, то је углавном синтеза органских једињења из једноставних једињења или елемената путем хемијских реакција. 30-их година 19. века синтетизована је уреа, а 40-их година сирћетна киселина. Након тога, низ органских киселина као што су глуконска киселина, лимунска киселина, јантарна киселина, јабучна киселина и тако даље су синтетисане сукцесивно; у другој половини 19. века синтетишу се разне боје; 40-их година 20. века синтетизовани су ДДТ и органофосфорни инсектициди, органосумпорни фунгициди, хербициди и други пестициди; почетком 20. века синтетизовано је 606 агенаса, а 30-40-их година синтетизовано је више од 1.000 сулфонамида, од којих се неки могу користити као лекови.