化学法主要适用于已知核苷酸序列的、分子量较小的目的基因的制备。在基因的化学合成中，通常是先合成一定长度的、具有特定序列的寡核苷酸片段。寡核苷酸片段的化学合成方法主要有磷酸二酯法、磷酸三酯法、亚磷酸三酯法，以及在后者基础上发展起来的固相合成法和自动化法。
磷酸二酯法
基本原理是将一个5’端带有适当保护基的脱氧单核苷酸与另一个3’端带有适当保护基的脱氧单核苷酸偶联起来，形成一个带有磷酸二酯键的脱氧二核苷酸分子。
亚磷酸三酯法
原理是将所要合成的寡核苷酸链的3’末端先以3’-OH与一个不溶性载体，如多孔玻璃珠连接，然后依次从3’-5’的方向将核苷酸单体加上去，所使用的核苷酸单体的活性官能团都是经过保护的，其中5’-OH用4,4-二对甲氧基三苯基保护，3’-端的二丙基亚磷酸酰上的磷酸的OH，用甲基或?氰乙基保护。
寡核苷酸连接法
目前，化学合成寡聚核苷酸片段的能力一般局限于150-200bp，而绝大多数基因的大小超过了这个范围，因此，需要将寡核苷酸适当连接组装成完整的基因。
常用的基因组装方法主要有两种：
第一种方法是将寡聚核苷酸激活，带上必要的5’-磷酸基团，然后与相应的互补寡核苷酸片段退火，形成带有粘性末端的双链寡核苷酸片段，再用T4DNA连接酶将它们彼此连接成一个完整的基团或基团的一个大片段。
第二种方法是将两条具有互补3’末端的长的寡核苷酸片段彼此退火，所产生的单链DNA作为模板在大肠杆菌DNA聚合酶Klenow片段作用下，合成出相应的互补链，所形成的双链DNA片段，可经处理插入适当的载体上。
