機油的基本功能是對發動機運動金屬部件提供潤滑作用。如果不添加潤滑油到機械中，這些部件運動時摩擦所產生的高熱量，會導致部件損壞。潤滑油可使表面平滑，通過減少摩擦使部件自由運轉，從而減少磨損和熱量。 這一功能普通機油就能做到，但合成機油可以做得更出色。

所有潤滑油可分為三類：液體狀(油)、半液體狀(油脂)、固體狀(石墨)。這三種都是取自植物、礦物或合成而來。然而，如果將這些原材料直接用于潤滑最新的高精度的機械，它們很快就會過熱，導致失火，蒸發或乳化掉。 為了防止這種情況，所有的潤滑油都會混入一種特殊的材料-去雜質及支持化學作用的添加劑。然而，合成潤滑油經過特殊加工，可以在普通機油無法工作的嚴苛狀況下仍運轉正常。它們的粘度特性優于礦物油，從而使其有獨特的分子結構以滿足并超越高性能發動機的生產標準。

在合成潤滑油的眾多性能優勢中還有一項，就是它可以在高溫下(普通機油此時已開始分解)保持穩定，同時還可以在低溫下(普通機油此時開始變稠)保持潤滑油的流動性。這樣即使在極端溫度下仍能提供最佳潤滑，減少磨損，使發動機更清潔、更有效。合成機油有時也會和普通機油混合成價格中等的機油，稱之為調配。然而，無論是合成油還是傳統的油品都具有潤滑的性能，不同類型的油品在這個功能上沒有區別。

相對于傳統機油來說，合成機油具有低溫運行和高溫氧化穩定的性能。傳統機油是由不規則的長、短鏈碳氫原子組成。當發動機處于極端高溫，短鏈的分子會蒸發，不穩定的分子也會被氧化和分解。并且傳統機油還含有大量在原油精煉過程中沒有完全去除的雜質，如硫、不穩定的碳氫化合物和其他不良的污染物。通常，全合成機油含有非一般的、高品質的基礎油和一系列抗磨損、保持發動機潔凈、增強流動性、保持粘度、防銹和減少摩擦的添加劑。這使全合成潤滑油在更廣泛溫度和發動機條件下都能保持流動性和潤滑性。