Bei den verschiedenen synthetischen Biotreibstoffen kommt es im Laufe der Herstellung jeweils zu einer Umwandlung der chemischen Struktur der Rohstoffe. Die Qualität des Endprodukts ist großteils  vom Syntheseverfahren abhängig, nicht aber von der Ausgangsressource, die nur die zu setzenden Schritte und die Ausbeute bestimmt.
Man unterscheidet prinzipiell zwischen flüssigen („Biomass to Liquid“, BtL) und gasförmigen („Biomass to Gas“, BtG) Synthesekraftstoffen.
In Anlagen, die auf Biomasse basieren, kann neben der Treibstoffsynthetisierung bei bestimmten Prozessen auch Fernwärme und elektrischer Strom generiert werden. Dies steigert nicht nur den Wirkungsgrad, sondern auch das Potenzial der CO2-Einsparungen.

Fischer-Tropsch-Treibstoffe

Bei der Fischer-Tropsch-Synthese handelt es sich um einen exothermen Prozess, bei dem Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Struktur aufgebaut werden. Aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen zunächst CH2-Bausteine, die sich letztlich zu langkettigen Kohlenwasserstoffen zusammenschließen. Hierbei kommen Metallkatalysatoren zum Einsatz.
Aufgrund von Nebenreaktionen während des Kettenwachstums ergibt sich eine wahre Vielfalt von Strukturen der Endstoffe, wie verzweigte und unverzweigte Paraffine und Olefine unterschiedlicher Länge oder Sauerstoffverbindungen. Die Diversität der Molekülstrukturen führt einerseits zu einer nachteiligen, geringeren Selektivität der Reaktion, ermöglicht allerdings andererseits eine genaue Steuerung der Treibstoffeigenschaften. Mittels Fischer-Tropsch-Synthese können alle mineralischen Treibstoffe aus Biomasse hergestellt werden. Die gewonnen Kraftstoffe zeichnen sich durch einen hohen Qualitätsstandard und eine beliebige Mischbarkeit zu fossilen Treibstoffen aus.

Synthetisches Erdgas

Hauptbestandteil von fossilem Erdgas ist Methan, welches in einer stark exothermen Umwandlung auch synthetisch hergestellt werden kann. Die Edukte Kohlenmonoxid und Wasserstoff liegen im Verhältnis 1:3 vor und verbinden sich zu Methan und Wasser.
In Güssing im Burgenland ging Mitte 2009 die weltweit erste Methanierungsanlage in Betreib, die Holzgas aus dem angrenzenden Biomassekraftwerk verarbeitet. In diesem Biomassekraftwerk wird Waldhackgut vergast, das sowohl durch direkte Verfeuerung Strom als auch Wärme produzieren kann, oder aber in synthetisches Erdgas umgewandelt werden kann.