Hóa tổng hợp sử dụng các chất dinh dưỡng hóa học làm nguồn năng lượng, không giống như quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời. Mặc dù hầu hết sự sống trên Trái đất sử dụng quang hợp để thu năng lượng, nhưng có những nhóm vi khuẩn được gọi là sinh vật tự dưỡng hóa học sử dụng quang hợp thay thế .
Sinh vật tự dưỡng tổng hợp hóa học tồn tại bằng cách oxy hóa các phân tử vô cơ đơn giản, chẳng hạn như sulfat, amoniac và metan. Điều này làm cho chúng trở thành một phần quan trọng của chu trình nitơ. Sinh vật tự dưỡng hóa học có thể tồn tại trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt; nhiều loại được tìm thấy xung quanh các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương. Do khả năng phát triển của chúng trong điều kiện ít lý tưởng hơn, người ta tin rằng các sinh vật có khả năng tổng hợp hóa học là một số dạng sống sớm nhất trên Trái đất.
