Natūrali organinė chemija yra natūralių organinių junginių sudėties, sintezės, struktūros ir savybių tyrimas. Nuo XX amžiaus pradžios iki 30-ųjų buvo nustatyta monosacharidų, aminorūgščių, nukleotidų, galvijų cholio rūgšties, cholesterolio ir kai kurių terpenoidų, peptidų ir baltymų struktūra; 30–40 m., kai kurie vitaminai, steroidiniai hormonai, Polisacharidų struktūra baigė kai kurių steroidinių hormonų ir vitaminų struktūros ir sintezės tyrimą; maždaug 40–50-aisiais buvo atrasti kai kurie antibiotikai, tokie kaip penicilinas, ir baigtas struktūros nustatymas bei sintezė; šeštajame dešimtmetyje buvo baigta bendra tam tikrų steroidinių junginių ir alkaloidų, tokių kaip morfinas, sintezė, bioaktyvių mažų peptidų, tokių kaip oksitocinas, sintezė, nustatyta insulino cheminė struktūra, baltymų spiralinė struktūra ir dvigubos spiralės struktūra. buvo atrasta DNR; visa insulino ir oligonukleotidų sintezė buvo baigta septintajame dešimtmetyje; o prostaglandinai buvo atliekami nuo 70-ųjų iki 80-ųjų pradžios, vitaminas B12, visa vabzdžių feromonų sintezė, nukleorūgščių ir maitangenino struktūros nustatymas bei visiškos jų sintezės užbaigimas ir pan.
Organinėje sintezėje tai daugiausia organinių junginių sintezė iš paprastų junginių ar elementų cheminių reakcijų metu. 19 amžiaus 30-aisiais buvo susintetintas karbamidas, o 40-aisiais – acto rūgštis. Vėliau iš eilės buvo susintetinta keletas organinių rūgščių, tokių kaip gliukono rūgštis, citrinų rūgštis, gintaro rūgštis, obuolių rūgštis ir kt.; antroje pusėje buvo sintetinami įvairūs dažai; XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje buvo susintetinti DDT ir organinio fosforo insekticidai, organiniai sieros fungicidai, herbicidai ir kiti pesticidai; pradžioje buvo susintetinti 606 agentai, o 30–40-aisiais – daugiau nei 1,000 sulfonamidai, iš kurių kai kurie gali būti naudojami kaip vaistai.