矿物油与合成油最主要差别在于基础油不同。
矿物油的基础油是原油提炼过程中，在分馏出有用的轻物质（如航空用油、汽油……等）之后，剩下来残留的塔底油再经提炼而成。就本质而言，它是运用原油中较差的成份，原油中存有几千个不同的混合物分子组成，提炼技术即使再精进，亦无法将其中不良物、杂质去除殆尽。 反观合成油的基础油，系来自于原油中的瓦斯气或天然气所分散出来的乙烯、丙烯， 再经聚合、催化等繁复的化学反应才炼制成大分子组成的基础液。在本质上，它使用 的是原油中较好的成份，加以化学反应并透过人为的控制下达到预期的分子形态，其 分子排列整齐，抵抗外来变数的能力自然很强，因此合成油体质较好，其对热稳定、抗氧化反应、抗粘度变化的能力自然要比矿物油强的多。
除了上述之外，矿物油在 提炼过程中因无法将所含的杂质完全除去，因此流动点较高，不适合寒带作业作用。 而合成油因不含杂质，其流动点可达零下50℃以下.如飞机、太空飞船、潜艇等所遇气 候温度相差悬殊的场合，则非使用合成油不可。