NRPs werden von sogenannten nichtribosomalen Peptidsynthetasen (NRPSs) synthetisiert. Die Funktionsweise dieser riesigen Multienzym-Komplexe (≤2000 kDa) kann mit einem molekularen Fliessband verglichen werden, das aus hintereinander geschalteten Montageplätzen (Modulen) besteht, an denen jeweils ein bestimmter Baustein (Amino- oder Carboxysäure) erkannt, aktiviert und mit dem wachsenden Peptid-Produkt verknüpft wird. Um eine effiziente und gerichtete Synthese zu gewährleisten erfolgt innerhalb eines Moduls eine Arbeitsteilung, die durch spezialisierte, katalytische Domänen realisiert wird. Da an jedem Modul fast identische Arbeiten ausgeführt werden, besteht das enzymatische Montageband aus einer periodischen Folge gleichartiger Domänen. Unterbrochen wird dieser regelmäßige Aufbau nur in Modulen, an denen die aktivierten Substrate zusätzlich modifiziert werden. Die Produktfreisetzung erfolgt durch eine C-terminal lokalisierte Terminationsdomäne (Thioesterase bzw. Cyclase).
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