W przeciwieństwie do technik enzymatycznych, metoda chemiczna pozwala na łatwe wprowadzanie różnorodnych modyfikacji we wszystkich elementach syntetyzowanego oligonukleotydu (to znaczy na zasadzie heterocyklicznej, szkielecie cukrowym oraz reszcie fosforanowej). Najczęściej modyfikacje takie stosowane są w celu zwiększenia odporności na enzymy hydrolityczne, polepszenia hybrydyzacji z komplementarną nicią kwasu nukleinowego oraz do wprowadzania znaczników, na przykład fluorescencyjnych. Modyfikowane oligonukleotydy znajdują zastosowanie w terapii antysensowej.
Grupy ochronne Najczęściej stosowane zestawy grup ochronnych (blokujących): zasady heterocykliczne: grupa benzoilowa, grupa izobutyrylowa, grupa fenoksyacetylowa (grupy zasadowolabilne) centrum fosforowe: grupa cyjanoetylowa (grupa zasadowolabilna w metodzie amidofosforynowej), grupa chlorofenylowa lub nitrofenylowa (grupa usuwana oksymami w metodzie triestrowej) pozycja 2′-OH rybozy: grupa tertbutylodimetylosililowa (usuwana jonami );