Τα πολυμερή είναι μόρια που αποτελούνται από μια μακρά, επαναλαμβανόμενη αλυσίδα μικρότερων μονάδων που ονομάζονται μονομερή. Έχουν το υψηλότερο μοριακό βάρος μεταξύ οποιωνδήποτε μορίων και μπορεί να αποτελούνται από δισεκατομμύρια άτομα. Το ανθρώπινο DNA είναι ένα πολυμερές με περισσότερα από 20 δισεκατομμύρια συστατικά άτομα. Οι πρωτεΐνες, που αποτελούνται από αμινοξέα, και πολλά άλλα μόρια που συνθέτουν τη ζωή είναι πολυμερή. Αποτελούν τη μεγαλύτερη και πιο ποικιλόμορφη κατηγορία γνωστών μορίων και περιλαμβάνουν ακόμη και πλαστικά.
Τα μονομερή είναι μόρια τυπικά με μέγεθος περίπου 4-10 ατόμων και είναι αντιδραστικά στο ότι συνδέονται εύκολα με άλλα μονομερή σε μια διαδικασία που ονομάζεται πολυμερισμός. Τα πολυμερή και οι διεργασίες πολυμερισμού τους είναι τόσο διαφορετικές που υπάρχει μια ποικιλία διαφορετικών συστημάτων για την ταξινόμηση τους. Ένας κύριος τύπος είναι ο πολυμερισμός συμπύκνωσης, όπου τα αντιδρώντα μόρια απελευθερώνουν νερό ως υποπροϊόν. Αυτό είναι το μέσο με το οποίο σχηματίζονται όλες οι πρωτεΐνες.
Τα πολυμερή δεν είναι πάντα ευθείες αλυσίδες κανονικών επαναλαμβανόμενων μονομερών. Μερικές φορές, αποτελούνται από αλυσίδες διαφορετικού μήκους ή ακόμα και αλυσίδες που διακλαδίζονται σε πολλαπλές κατευθύνσεις. Υπολειμματικά μονομερή βρίσκονται συχνά μαζί με τα πολυμερή που δημιουργούν, δίνοντας στα μόρια πρόσθετες ιδιότητες. Για να ομογενοποιηθούν τα μονομερή να συνδεθούν μεταξύ τους σε ορισμένες διαμορφώσεις απαιτεί μια ποικιλία καταλυτών – δευτερογενή μόρια που επιταχύνουν τους χρόνους αντίδρασης. Οι καταλύτες αποτελούν τη βάση των περισσότερων συνθετικών πολυμερών παραγωγής.
Στον συμπολυμερισμό σχηματίζονται αλυσίδες που περιέχουν δύο ή περισσότερα διαφορετικά μονομερή. Τα μεγαλύτερα, πιο πολύπλοκα πολυμερή τείνουν να έχουν υψηλότερα σημεία τήξης και αντοχές εφελκυσμού από άλλα, λόγω του πλούτου των διαμοριακών δυνάμεων που δρουν μεταξύ των συστατικών τους. Ορισμένα μόρια είναι τόσο πολύπλοκα που δεν μπορούν να αναγνωριστούν εύκολα, επομένως χρησιμοποιούνται τεχνικές όπως η σκέδαση ακτίνων Χ ευρείας γωνίας, η σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας και η σκέδαση νετρονίων μικρής γωνίας.
Τα περισσότερα πολυμερή είναι οργανικά, χρησιμοποιώντας δεσμούς άνθρακα ως ραχοκοκαλιά τους. Άλλοι χρησιμοποιούν πυρίτιο. Λόγω της μεγάλης ποικιλομορφίας τους, υπάρχουν πολλά που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί, προσφέροντας ένα γόνιμο πεδίο για περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη.