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第一支商用合成润滑油始于1934年，由化学家Dr. Hermann Zorn通过异构（hydrocracked）制成了一种高黏度指数加氢异构油（HVI）用于润滑当时使用高性能活塞发动机的战斗机和一些自动机枪。后在1943年，纳粹德国陆军的虎王坦克配备了采用（聚a-烯烃）的润滑油，这是目前大多数人认可的全合成润滑油。与此差不多的时候，美国亦研发出来以酯类为主的全合成型润滑油。
经过30年的发展，在1973年，由荷兰皇家壳牌公司研发的超高黏度指数加氢异构油（VHVI）和极高黏度指数全加氢异构油（XHVI或UHVI）因成本远远低于PAO（聚a-烯烃），性能却非常接近，成为新一代的化学合成油。
此外，Ester酯类合成的机油，广泛用于航空、高性能机械、赛车领域，也是一种新出现的全合成型润滑油。
嘉实多Castrol（Swingdon, U.K.）公司和美孚Mobil（Fairfax, VA）公司关于what is “synthetic”的商务论战，起因嘉实多从1999年起开始使用一种通过加氢工艺制成的VHVI（Group III）基础油代替原来配方中的PAO（聚a-烯烃）基础油而触犯美孚作为世界上最大的PAO基础油供应商的利益因而引起争端。作为最大的PAO基础油制造商，美孚认为只有PAO或酯类基础油才能称为全合成润滑油，而后者仅仅是矿物油的变种。最后经过和解，嘉实多赢得实际上的胜利，而嘉实多背后为其提供基础油的壳牌石油是最终最大的胜利者。VHVI和UHVI亦正式认可成为合成机油。而进入21世纪后，美孚亦开始在其合成润滑油产品中加入GroupIII基础油（即美孚MSDW基础油），作为全合成润滑油产品销售。
Eilhard Jantzen: The Origins of Synthetic Lubricants: The Work of Hermann Zorn in Germany, Part 1, Basic Studies of Lubricants and the Polymerisation of Olefins, Journal of Synthetic Lubrication, 12. 1996, Nr. 4, S. 283-301.
