En la práctica, estas piezas más pequeñas están disponibles comercialmente en cantidades brutas o semibrutas, y frecuentemente son precursores petroquímicos.
Los primeros esfuerzos se enfocaron en construir sustancias químicas que fueron extraídas de fuentes biológicas, y en usarlas para verificar sus actividades biológicas -- de este modo, la síntesis total estuvo asociada con la refutación del vitalismo.
Algunas veces, la síntesis total inspira el desarrollo de nuevos mecanismos, catalizadores, o técnicas.
Ejemplos clásicos son la síntesis total del colesterol, cortisona, estricnina, ácido lisérgico, reserpina, clorofila, colchicina, vitamina B12 y prostaglandina F-2a por el ganador del Premio Nobel Robert Burns Woodward, entre 1945 y 1976.
En algunos casos, las estructuras de las moléculas asignadas por métodos espectroscópicos mostraron ser equivocadas, cuando se realizó la síntesis.