Sinteza letală ( lat. synthesis letalis ) este procesul de formare metabolică a compușilor foarte toxici din cei netoxici sau slab toxici, care de cele mai multe ori duce la deteriorarea celulei care realizează această sinteză, sau la intoxicația întregului organism.
Termenul a fost folosit pentru prima dată de biochimistul englez Rudolf Peters în 1963.
Unele substanțe, inofensive în sine, sunt extrem de toxice tocmai pentru că organismul realizează o sinteză letală cu ele. Astfel, de exemplu, alcoolul metilic este metabolizat în formaldehidă , care este un compus mult mai periculos decât originalul. Tocmai pentru că organismul însuși creează compuși care îl distrug în timpul acestui proces, sinteza se numește „letală”.