Die Vorteile von vollsynthetischen Ölen gegenüber Mineralölen sind ein besseres Viskositäts-Temperatur-Verhalten (bei Kälte und Wärme), ein besserer Verschleißschutz, ein geringerer Reibwiderstand im Motor und eine damit verbundene Kraftstoffeinsparung. Darüber hinaus sind synthetische Öle langlebiger als Mineralöle und erhöhen die Ölwechselintervalle. Beigefügte Additive verstärken die Öleigenschaften zusätzlich und machen die Öle noch leistungsfähiger. Da sich einige Additive nur in Mineralöl lösen, ist ein geringer Anteil von Mineralöl selbst in vollsynthetischem Öl enthalten. Daher ist der Begriff „vollsynthetisches Öl“ irreführend und gibt eher den Hinweis auf einen hohen Gehalt an Syntheseöl im Produkt. Kein Motoröl ist zu 100% vollsynthetisch. Nur manche Bestandteile können vollsynthetisch sein.

Durch die aufwändige Produktion sind vollsynthetische Öle hochpreisiger in der Anschaffung. Bei vielen Anwendungen werden vollsynthetische Öle nicht unbedingt benötigt, da auch Mineralöle oder teilsynthetische Öle den Anforderungen gerecht werden. Vollsynthetische Öle werden vor allem bei Hochleistungsmotoren benötigt, wie sie im Rennsport eingesetzt werden.