Polimerii sunt molecule care constau dintr-un lanț lung și repetat de unități mai mici numite monomeri. Au cea mai mare greutate moleculară dintre toate moleculele și pot consta din miliarde de atomi. ADN-ul uman este un polimer cu peste 20 de miliarde de atomi constituenți. Proteinele, formate din aminoacizi, și multe alte molecule care alcătuiesc viața sunt polimeri. Sunt cea mai mare și mai diversă clasă de molecule cunoscute și chiar includ materiale plastice.
Monomerii sunt molecule cu dimensiunea de aproximativ 4-10 atomi și sunt reactivi prin faptul că se leagă ușor de alți monomeri într-un proces numit polimerizare. Polimerii și procesele lor de polimerizare sunt atât de diverse încât există o varietate de sisteme diferite pentru a le clasifica. Un tip major este polimerizarea prin condensare, în care moleculele care reacţionează eliberează apă ca produs secundar. Acesta este mijlocul prin care se formează toate proteinele.
Polimerii nu sunt întotdeauna lanțuri drepte de monomeri obișnuiți care se repetă; uneori, ele constau din lanțuri de lungime variabilă sau chiar lanțuri care se ramifică în mai multe direcții. Monomerii reziduali se găsesc adesea împreună cu polimerii pe care îi creează, dând moleculelor proprietăți suplimentare. Pentru a convinge monomerii să se lege între ei în anumite configurații necesită o varietate de catalizatori – molecule secundare care accelerează timpii de reacție. Catalizatorii sunt baza producției majorității polimerilor sintetici.
În copolimerizare, se formează lanțuri care conțin doi sau mai mulți monomeri diferiți. Polimerii mai mari, mai complecși tind să aibă puncte de topire și rezistențe la tracțiune mai mari decât alții, datorită bogăției forțelor intermoleculare care acționează între constituenții lor. Anumite molecule sunt atât de complexe încât nu pot fi identificate cu ușurință, așa că sunt folosite tehnici precum împrăștierea cu raze X cu unghi larg, împrăștierea cu raze X cu unghi mic și împrăștierea neutronilor cu unghi mic.
Majoritatea polimerilor sunt organici, folosind legături de carbon ca coloană vertebrală. Alții folosesc siliciu. Datorită diversității lor mari, există multe care nu au fost încă descoperite, oferind un domeniu fructuos pentru cercetare și dezvoltare ulterioară.