Monophonie
Den ersten spiel- und konfigurierbaren Synthesizer präsentierte Robert Moog 1964 auf der Audio Engineering Society convention. Bereits während der Entwicklung konnte er die Musikerin Wendy Carlos für den modularen Synthesizer begeistern. Der neue Klang, wie auf dem meistverkauften Album klassischer Musik, Carlos Switched-On Bach von 1968, galt als sensationell.
Praktisch zeitgleich entwickelte Don Buchla seinen ersten Synthesizer.
In den späten 1960er Jahren erschien eine Vielzahl von Aufnahmen, die den neuen Moog-Synthesizer-Sound verwendeten. Zur Berühmtheit wurde das Stück Popcorn, das zum weltweiten Tophit wurde, welches im Wesentlichen mit dem Moog-Synthesizer erstellt wurde. Auch die Beatles verwendeten auf ihrem Album Abbey Road dezent einen Moog, um zum Beispiel dem Schluss-Refrain von Here Comes the Sun einen luftig „pfiffigen“ Klang zu verpassen.
Moog setzte zugleich auch die Standards, die das Verknüpfen verschiedener Synthesizer erlaubte, wie z. B. eine Schnittstelle zur externen Ansteuerung über eine logarithmische 1-Volt/Oktave-Tonhöhensteuerung. Die Ansteuerung der Synthesizer erfolgte normalerweise über eine normale Klaviatur oder über einen Sequenzer, bei dem man Tonhöhenfolgen zeitlich programmieren konnte und der über die genannte Schnittstelle den Synthesizer ansteuerte.
Da das Moog Modular System jedoch für den Bühnen- und Live-Einsatz zu groß und zu umständlich zu bedienen war, integrierte Moog die wichtigsten Komponenten seines Synthesizers in ein kompaktes Gehäuse, das den Namen Minimoog erhielt und 1970 auf den Markt kam. Der Minimoog wurde in den Folgejahren ein von vielen Musikern verwendetes und weit verbreitetes Musikinstrument. Im Laufe der 1970er Jahre kamen verschiedene weitere Unternehmen mit Synthesizern auf den Markt, u. a. ARP Instruments (von Alan Robert Pearlman), Oberheim (von Tom Oberheim), EMS Synthi 100 (von Peter Zinovieff) und Sequential Circuits. Alle Synthesizer hatten jedoch zwei entscheidende Nachteile: Zum einen waren sie nur monophon spielbar, und zum anderen waren sie nicht dauerhaft zu programmieren, man konnte also keine Einstellungen speichern.
Dennoch spezialisierten sich Gruppen und Musiker wie Pink Floyd, Human League, Emerson Lake and Palmer, Kraftwerk, Jean Michel Jarre, Tangerine Dream, Ed Starink, Klaus Schulze, Larry Fast oder Vangelis auf Synthesizer. Die Rockband The Who bediente sich in ihrem Song Won’t Get Fooled Again (1971) eines von einem Sequenzer gesteuerten Synthesizers.
Polyphonie
Die meisten frühen Synthesizer waren monophon. Nur wenige waren in der Lage, zwei Töne zur gleichen Zeit zu erzeugen, wie der Moog Sonic Six, der ARP Odyssey und der EML 101. Echte Polyphonie war zur damaligen Zeit nur über das Prinzip der elektrischen Orgel (Oktavteiler-Prinzip) zu realisieren. Der ARP Omni, der Moog Polymoog und der Opus 3 verbanden daher beide Elemente. Erst Mitte der 1970er Jahre kamen mit der Yamaha GX-1, der Yamaha CS-80 und der Oberheim Four-Voice die ersten echten polyphonen Synthesizer auf den Markt. Der GX-1 gilt mithin als der erste polyphone Synthesizer. Diese waren aber komplex, schwer und teuer. Der erste erschwingliche polyphone und zudem mikroprozessorgesteuerte und damit programmierbare Synthesizer war 1978 der Prophet-5 von Sequential Circuits. Zum ersten Mal konnten Musiker damit ihre Einstellungen speichern und per Knopfdruck wieder abrufen. Daneben war er – verglichen mit den Modulsystemen – kompakt und leicht. Die DDR zog erst 1987 mit dem Tiracon 6V nach.
Analoge Synthesizer der 1970er Jahre sind oft als Modularsystem aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Signalgeneratoren, Filter, Modulatoren) sind in einem Rack montiert und werden nach Bedarf durch Klinkensteckerkabel (oder über ein Steckfeld) miteinander verbunden.