A letális szintézis ( lat. synthesis letalis ) az a folyamat , amikor a nem toxikus vagy alacsony toxikus vegyületekből erősen toxikus vegyületek metabolikusan képződnek, ami leggyakrabban a szintézist végző sejt károsodásához, vagy az egész szervezet mérgezéséhez vezet.
A kifejezést először Rudolf Peters angol biokémikus használta 1963-ban.
Egyes önmagukban ártalmatlan anyagok éppen azért erősen mérgezőek, mert a szervezet halálos szintézist hajt végre velük. Így például a metil-alkohol formaldehiddé metabolizálódik , amely sokkal veszélyesebb vegyület, mint az eredeti. Pontosan azért, mert a szervezet maga hoz létre olyan vegyületeket, amelyek e folyamat során elpusztítják, a szintézist "halálosnak" nevezik.