Při svých experimentech v 60. letech zjistil skladatel John Chowning ze Stanford University, že pokud moduluje sinusovým signálem jednoho oscilátoru frekvenci druhého sinusového oscilátoru, může snadno získat signály s velmi složitými průběhy a harmonickými i neharmonickými spektry, jejichž vlastnosti lze snadno ovládat změnou základních frekvencí oscilátorů a intenzity modulace. Zvuky syntetizované pomocí frekvenční modulace počítačem použil Chowning v několika svých skladbách, postup syntézy patentoval a licenci poskytl japonské firmě Yamaha, která frekvenční modulaci začala používat ve svých nástrojích.
Prvními z nich byly syntezátory GS1 a GS2. Základní jednotkou generátoru je čtveřice digitálních oscilátorů označovaných jako operátory. Dva oscilátory, označené jako carrier, jsou připojeny k výstupu, další dva oscilátory, zvané modulator, slouží pro periodickou modulaci jejich fáze, čímž je dosaženo podobného výsledku jako při modulaci frekvence. Modulátory lze modulovat i vzájemně mezi sebou. Amplitudu a frekvenci oscilátorů řídí generátory obálky. Nástroje mají 16 přednastavených barev, další zvuky lze vložit pomocí magnetických štítků.
Firemním technikům se zpočátku nedařilo připravit dostatečné množství použitelných zvuků, příliš úspěšný nebyl ani John Chowning. Nový typ syntézy zvládli až Gary Leuenberger a Bo Tomlyn a vytvořili zvuky, které při předvádění nástrojů zaujaly pozvané hudebníky.
Syntezátory GS1 a GS2 nebyly pro vysokou cenu vhodné pro běžný trh, velká hmotnost omezovala jejich koncertní použití a pro náročné programování nebyly pro většinu hudebníků použitelné. V roce 1982 proto byla na trh uvedena dvojice menších nástrojů s pevně nastavenými zvuky - domácích varhan Combo Ensemble CE20 a CE25. Opět se podařilo vytvořit jen nemnoho použitelných zvuků a o nástroje nebyl velký zájem.
Dalším nástrojem využívajícím frekvenční modulaci byl syntezátor DX7. Původně měl mít pouze sadu přednastavených zvuků, podobně jako varhany CE20 a CE25, nakonec však americké vedení firmy Yamaha rozhodlo, že nástroj bude plně programovatelný. Syntezátor umožnil díky frekvenční modulaci vytvářet nové výrazné zvukové barvy, z nichž mnohé bylo jiným způsobem možné získat jen velice nesnadno. Syntezátor Yamaha DX7 měl nečekaný obchodní úspěch. Prodalo se přes 150 000 nástrojů a jejich zvuk se po několik let ozýval z velkého množství nahrávek.
Yamaha DX7 má pětioktávovou klaviaturu s rychlostní i tlakovou citlivostí, vedle níž jsou dvě modulační kolečka. Připojit lze pedály s potenciometry i spínači a dechový ovladač. Pro volbu zvukových barev a ovládání ostatních funkcí slouží membránová tlačítka a posuvný potenciometr pro rychlou modifikaci hodnot. Druhý potenciometr řídí hlasitost.
Zvuk každého hlasu se vytváří pomocí šesti operátorů - digitálních oscilátorů, jejichž amplitudu řídí čtyřsegmentové generátory obálky. Operátory jsou sestaveny do třiceti dvou struktur - algoritmů. Syntezátor nemá filtry ani jiné obvody pro zpracování signálu. K uložení zvuků slouží 32 paměťových míst, další zvuky mohou být na kazetách ROM i RAM. Výstupní D/A převodníky jsou čtrnáctibitové.
Dva roky po syntezátoru DX7 byl na trh uveden zvukový modul bez klaviatury TX7. Velký model DX1 je dvojitý syntezátor DX7 s 32 hlasy, klaviaturou s 88 dřevěnými vyváženými klávesami a množstvím kontrolek usnadňujících programování. 32 hlasů má i jednodušší a levnější DX5. Zvukové moduly TX216, TX416 a TX816 tvoří racková skříň, v níž jsou umístěny dva, čtyři nebo osm modulů TF1, z nichž každý obsahuje kompletní syntezátor DX7. Frekvenční modulaci použila Yamaha v několika menších modelech, které mají jen čtyři operátory. Patří k nim syntezátory DX9, DX21, DX27, DX27S s vestavěným ozvučením, DX100 s malými klávesami nebo malý zvukový modul FB01.
Na přelomu let 1986 a 1987 se objevily šestnáctihlasé nástroje s šestnáctibitovými D/A převodníky. Základní model má označení DX7II/D, jednodušší a levnější je DX7IIS, DX7II/FD obsahuje mechaniku pro 3,5” diskety. DX7 Centennial má 32 hlasů. Modul TX802 odvozený od DX7II umožňuje multitimbrální režim. Osmihlasý multitimbrální modul TX81Z má čtyři operátory a jeho generátory produkují osm různých tvarů signálu, čímž bylo dosaženo nových zvukových barev. Stejné obvody obsahují syntezátory DX11, YS100 s doplněnou efektovou jednotkou a YS200, který obsahuje navíc ještě osmistopý sekvencer. Od modelu YS200 byl odvozen stolní modul TQ5. Zvukový modul FVX1 je multitimbrální se čtyřmi zvukovými cestami, z nichž každá má osm hlasů a vlastní efektovou jednotku. Zvukové generátory jsou osmioperátorové.
FM syntezátor obsahuje také workstation V50, modely SY77, TG77 a SY99 kombinují syntézu FM a AWM. FM sekce je součástí syntezátorů s vektorovou syntézou SY22, TG33 a SY35. Jednoduchou formu FM syntézy Yamaha používala také u mnoha levných nástrojů řad Portatone, Portasound a dalších. Algoritmy FM lze nalézt i u syntezátorů EX5, EX5r a EX7 z konce 90. let. Zvukový modul FS1R, vyráběný v letech 1998 až 2000, používá FM syntézu ve spojení se syntézou Formant Shaping Synthesis, která kombinuje generátory periodických signálů a generátory šumu s filtry. Jako mírně zdokonalený syntezátor DX7 pracuje přídavná deska PLG100DX, kterou lze rozšířit zvukové možnosti některých nástrojů firmy Yamaha.
Implementace protokolu MIDI v prvních verzích syntetizéru DX7 neodpovídala standardu. Např. namísto zpráv Channel Aftertouch byly použity zprávy Control Change 03h. Společnost MMA proto v MIDI normě CC 03 zablokovala a jeho význam není dodnes definován.
