无细胞蛋白质合成系统（Cell-Free Protein Synthesis System）是一种以外源mRNA或DNA为模板，在体外条件下的使用酶、氨基酸底物和能量来合成蛋白质的生化反应系统。与传统的体内重组表达系统相比,体外无细胞合成系统具有多种优点。

无细胞蛋白质合成系统（The cell-free protein synthesis system）是一种以外源mRNA或DNA为模板，在细胞抽提物的酶系中补充底物和能量来合成蛋白质的体外系统。与传统的体内重组表达系统相比,体外无细胞合成系统具有多种优点,如可表达对细胞有毒害作用或含有非天然氨基酸(如D-氨基酸)的特殊蛋白质,能够直接以PCR产物作为模板同时平行合成多种蛋白质,开展高通量药物筛选和蛋白质组学的研究。

微生物学创始人巴斯德最早采用无细胞体系研究酵母酒精发酵中起作用的酶系问题。20世纪50年代生物学家首次采用兔网织红细胞裂解物（rabbitreticulocytelysate）制备的无细胞系统实现了蛋白质的体外合成。到了20世纪80年代中期，前苏联学者Spirin等人通过在无细胞体系中连续流加能量和底物，从而大大的延长了反应时间和提高了蛋白质的合成产量。此后，无细胞蛋白质合成系统成了生物工程领域中的研究前沿和热点之一，发展了多种原核和真核无细胞蛋白质合成系统，常见的有原核的大肠杆菌无细胞系统，真核的麦胚抽提物和兔网织红细胞裂解物系统，人HeLa细胞裂解物系统、昆虫细胞裂解物系统，以及较新使用的酵母蛋白质工厂系统、等等。

在最近20多年中，对无细胞系统中的蛋白质合成的反应机制和调控、能量供应、遗传模板稳定性、反应器设计和操作等方面进行了大量的研究。不仅能够直接应用PCR产物作为模板合成蛋白质，而且在体外重组蛋白质生产、高通量蛋白质合成、功能蛋白质组研究和蛋白质体外定向进化等方面展示了良好的应用前景。