Anstelle von aufwändigen Glasapparaturen trifft man auf Roboter, die Reaktionsblöcke mit vielen kleinen Reaktionsgefäßen mit Reagenzien befüllen, schütteln, erhitzen oder kühlen und Filtrationsschritte oder Waschvorgänge durchführen. Die Chemie ist nach wie vor die gleiche. Während jedoch bisher ein chemisches Laboratorium im Jahr weniger als 200 Wirkstoffe hergestellt hat, kann ein Labor der kombinatorischen Chemie zehntausende von Substanzen im Jahr produzieren.

Eine solche "Substanzbibliothek" kann mehrere hundert bis mehrere zehntausend chemische Verbindungen umfassen. Darüber hinaus stellt sie eine systematische Variation von chemischen Gruppen an einem gemeinsamen Grundgerüst dar: Jede Gruppe an der ersten Position des Gerüstes wird mit jeder Gruppe an der zweiten, dritten und jeder weiteren Position kombiniert. Dadurch können wichtige Informationen über die Strukturabhängigkeit der Eigenschaften - z.B. der biologischen Wirkung - im Umfeld eines bestimmten Grundgerüstes erhalten werden.

In der Forschung und Entwicklung bei Boehringer Ingelheim hat die kombinatorische Chemie steigende Bedeutung. Bereits 1998, im zweiten Jahr nach Einführung dieser Technologie, wurden knapp 100.000 Substanzen hergestellt. Boehringer Ingelheim setzt die kombinatorische Chemie z.B. ein, um neue chemische Grundgerüste zu finden, die mit einem biologischen Zielmolekül in Wechselwirkung treten. Dadurch entsteht eine Bibliothek von Substanzen mit möglichst verschiedenen Eigenschaften, um im High Throughput Screening für eine Vielzahl unterschiedlicher biologischer Zielmoleküle Wechselwirkungs-Partner anbieten zu können.