用于汽车润滑剂的合成基础油包括硅氧烷液体、PAOs、二烷基苯、双酯、多元醇酯、PAGs和磷酸酯。其中只有三种广泛用于齿轮传动器：PAOs、双酯和多元醇酯[4]。合成传动器和轴油可能是全PAOs、全酯（双酯或多元醇酯）或PAOs和酯的混合物。现在大多全合成配方是全PAOs基或PAOs/酯基。全酯配方已于1970年发展并销售，但现在销量很少，仅用于特定用途。全酯系统齿轮油要对其生物降解性用途作再评价，但市场占有率很低。
半合成齿轮油一般为在矿物油中加入PAOs或酯，合成部分占基础油的10%~30%。比例更低(<10%)的PAOs或酯常作为添加剂组分而不作为基础油。部分合成油定义上或标签上落在灰色区。由于没有关于基础油的限制或范围的定义，部分合成齿轮油的粘度特性和挥发性介于全合成和石油基之间，而更相似于石油基的低温特性，热／氧化稳定性和工作周期。两种主要类型的合成齿轮油是PAOs基和PAOs/酯基。适当配方的全PAOs齿轮油与矿物油相比有如下特性：低温特性（倾点、粘度、成沟点）、高温容积粘度（高粘度指数）、热／氧化稳定性。PAOs的极性与石油基相似，PAOs基齿轮油要求加入对密封弹性体相容性的膨胀剂，石油和PAO基础油趋于使大多汽车弹性体收缩和变硬。PAO对添加剂的溶解性比石油基低，因为石油基是复杂的混合物，含有低水平的极性官能团（氧化物、硫、氮化合物）有助于溶解极性的添加剂。大多添加剂复合物有强极性，只能有限的溶在非极性的PAOs中。大多汽车齿轮油和工业齿轮油的添加剂系统是在石油基础油上发展起来的，可能不适用于全合成配方，合成和部分合成的添加剂选择受基础油类型和质量的影响，在对合成基础油做配方时要对接受的添加剂作筛选或考虑在添加剂分子上连接较长的烷基链。

在热降解和氧化的最后阶段时PAO和石油的清净性相似，当油氧化很重时都趋于“极脏”，这些基础油的热和氧化产物是极性分子（漆膜、油泥），不溶在这些非极性系统，少量从油中析出附在部件上或沉积在底部成油泥，清净分散剂对此有作用但效果有限。
在PAO或石油基齿轮油中加入酯（双酯或多元醇酯或它们的混合物）可以有几方面的改善。用酯作为基础油组分的合适配方，齿轮油一般无需加密封弹性体相容性的膨胀剂，密封件膨胀剂是高腐蚀性化合物，加上少量可影响与齿轮油接触的弹性体的体积和伸长度的变化，在润滑剂中用酯改变整个基础油的极性，使得弹性体的硬化或收缩趋于缓和或正常。酯的加量和类型和PAO与酯的比例是齿轮油的主要部分，尽量使在长期使用中弹性体的使用寿命最大化。
齿轮油配方中加入酯有助于大多添加剂系统的溶解性，这些极性添加剂有清净分散剂、抗泡、酸中和、抗磨、抗腐和EP等性能，含酯配方有较高的基础油极性，对极性添加剂的溶解性比PAO或石油基础油大有改善。PAO与酯的结合可用从“拨入”此极性指数到基础油中，以增大添加剂和降解副产物的溶解性。
由加入酯而得到较高的极性能改善热／氧化降解产物的溶解性，酯系统趋于在高度降解或重度氧化下的“弄清洁”。中高水平的降解产物（碳、焦、漆膜、油泥）能保持溶在更极性基础油中，产生更为清洁的系统。

容积物理特性
常用于部分或全合成齿轮润滑剂的基础油粘度级为6~
8rrrrri2/s，PAOs和酯与石油基(溶剂精制或UCBOs)的对比表明改善低温性能、挥发性、热／氧化稳定性。

高温性能
在汽车润滑剂中合成基础油与同粘度的矿物油相比改善了高温性能，齿轮油这种改善是温度上升时的粘度保留性（由于粘度指数较高），改善闪点和低的挥发性，较高的闪点和低的挥发性常常不被配方研究者或终端用户关心，因为它们与传动器或轴润滑剂的要求最低限有宽的距离。
更关心的应是动力系的高操作温度，因为现在的齿轮箱较小，润滑剂的容量较少，较高的力矩负荷，高的空气翼面和空气阻尼。为了在卡车和小轿车体设计上改善空气动力学以改善燃料经济性，这些设计限制了流向驱动系的空气流量，从而使传动器、传动轴和轴的温度上升，润滑剂必须保持能确保足够油膜强度的最低粘度，以维持某些部件的流体动力学的润滑。不管是石油还是合成油，较高的粘度指数能在温度上升时有较低的粘度损失，这意味着在齿轮箱的流体动力学润滑中有较高的油膜强度，在高温下等于改善对轴承、旋转密封和轻负荷齿轮的保护。

低温特性
引入全合成齿轮润滑剂的驱动力之一是改善了低温流动和粘度特性，PAO和酯的倾点比石油基低得多，因为前者的分子结构和不存在石油中的蜡结晶颗粒，低倾点有好的低温粘度和流动特性，增加了对传动器和轴在冷启动和低温操作条件下的保护。这些在齿轮润滑剂中的低温特性的测量是低温运动粘度，动力粘度（ASTM
D -2983，布氏粘度）、成沟点（联邦试验方法3456）、冷箱模拟试验和道路试验。