化學法主要適用于已知核苷酸序列的、分子量較小的目的基因的制備。在基因的化學合成中，通常是先合成一定長度的、具有特定序列的寡核苷酸片段。寡核苷酸片段的化學合成方法主要有磷酸二酯法、磷酸三酯法、亞磷酸三酯法，以及在后者基礎上發展起來的固相合成法和自動化法。
磷酸二酯法
基本原理是將一個5’端帶有適當保護基的脫氧單核苷酸與另一個3’端帶有適當保護基的脫氧單核苷酸偶聯起來，形成一個帶有磷酸二酯鍵的脫氧二核苷酸分子。
亞磷酸三酯法
原理是將所要合成的寡核苷酸鏈的3’末端先以3’-OH與一個不溶性載體，如多孔玻璃珠連接，然后依次從3’-5’的方向將核苷酸單體加上去，所使用的核苷酸單體的活性官能團都是經過保護的，其中5’-OH用4,4-二對甲氧基三苯基保護，3’-端的二丙基亞磷酸酰上的磷酸的OH，用甲基或?氰乙基保護。
寡核苷酸連接法
目前，化學合成寡聚核苷酸片段的能力一般局限于150-200bp，而絕大多數基因的大小超過了這個范圍，因此，需要將寡核苷酸適當連接組裝成完整的基因。
常用的基因組裝方法主要有兩種：
第一種方法是將寡聚核苷酸激活，帶上必要的5’-磷酸基團，然后與相應的互補寡核苷酸片段退火，形成帶有粘性末端的雙鏈寡核苷酸片段，再用T4DNA連接酶將它們彼此連接成一個完整的基團或基團的一個大片段。
第二種方法是將兩條具有互補3’末端的長的寡核苷酸片段彼此退火，所產生的單鏈DNA作為模板在大腸桿菌DNA聚合酶Klenow片段作用下，合成出相應的互補鏈，所形成的雙鏈DNA片段，可經處理插入適當的載體上。
