Kemosyntese er biologisk dannelse af organisk stof ud fra lavmolekylære, kulstofforbindelser (som regel CO₂ eller metan) og mineralske stoffer.

Organismerne skaffer sig som regel den nødvendige energi ved iltning af uorganiske forbindelser som f.eks. brint eller svovlbrinte. (Der indgår ikke sollys i processen, sådan som der gør i fotosyntesen.) Store fødenet kan være baseret på primærproduktion gennem kemosyntese, sådan som det ses ved de hydrotermiske væld på havbunden, i metanhydratfelter og andre steder med rig adgang til kulbrinter.

Uddybende artikel: Astrobiologi

Det anses for muligt, at kemosyntese kan danne grundlag for liv på Mars, jupitermånen Europa og eventuelt også andre planeter.