Η χημειοσύνθεση είναι η διαδικασία λήψης ενέργειας από ορισμένους οργανισμούς μέσω της οξείδωσης ανόργανων ενώσεων. Κατά τη χημειοσύνθεση, απελευθερώνεται ενέργεια κατά τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ανόργανων ουσιών, όπως υδρόθειο, αμμωνία, σίδηρος, νιτρώδη κ.λπ.
Οι χημειοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν την ενέργεια που προκύπτει για να συνθέσουν ATP και οργανικές ουσίες από το CO2. Οι χημειοσυνθετικοί οργανισμοί περιλαμβάνουν ορισμένα βακτήρια και αρχαία. Μπορούν να ζήσουν σε μέρη χωρίς φως, όπως στον πυθμένα του ωκεανού κοντά σε υδροθερμικές οπές.
Η χημειοσύνθεση έχει μεγάλη σημασία στον παγκόσμιο κύκλο των ουσιών. Τα προϊόντα χημειοσύνθεσης μπορούν να χρησιμεύσουν ως τροφή για άλλους οργανισμούς. Επιπλέον, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, τα χημειοσυνθετικά βακτήρια δημιούργησαν την ατμόσφαιρα της Γης που περιέχει οξυγόνο. Έτσι, η χημειοσύνθεση έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση και την εξέλιξη της ζωής.