Polymere sind Moleküle, die aus einer langen, sich wiederholenden Kette kleinerer Einheiten bestehen, die als Monomere bezeichnet werden. Sie haben das höchste Molekulargewicht unter allen Molekülen und können aus Milliarden von Atomen bestehen. Die menschliche DNA ist ein Polymer mit über 20 Milliarden Atomen. Proteine, die aus Aminosäuren bestehen, und viele andere Moleküle, aus denen das Leben besteht, sind Polymere. Sie sind die größte und vielfältigste Klasse bekannter Moleküle und umfassen sogar Kunststoffe.
Monomere sind Moleküle, die typischerweise eine Größe von etwa 4 bis 10 Atomen haben, und sind insofern reaktiv, als sie sich in einem als Polymerisation bezeichneten Prozess leicht an andere Monomere binden. Polymere und ihre Polymerisationsverfahren sind so vielfältig, dass es eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme gibt, um sie zu klassifizieren. Ein Haupttyp ist die Kondensationspolymerisation, bei der reagierende Moleküle Wasser als Nebenprodukt freisetzen. Auf diese Weise werden alle Proteine gebildet.
Polymere sind nicht immer gerade Ketten aus sich regelmäßig wiederholenden Monomeren; manchmal bestehen sie aus Ketten unterschiedlicher Länge oder sogar aus Ketten, die sich in mehrere Richtungen verzweigen. Restmonomere werden oft zusammen mit den daraus entstehenden Polymeren gefunden, die den Molekülen zusätzliche Eigenschaften verleihen. Um Monomere dazu zu bringen, sich in bestimmten Konfigurationen miteinander zu verbinden, sind verschiedene Katalysatoren erforderlich – Sekundärmoleküle, die die Reaktionszeiten beschleunigen. Katalysatoren sind die Grundlage der meisten synthetischen Polymerherstellung.
Bei der Copolymerisation werden Ketten gebildet, die zwei oder mehr verschiedene Monomere enthalten. Größere, komplexere Polymere neigen aufgrund der Fülle intermolekularer Kräfte, die zwischen ihren Bestandteilen wirken, zu höheren Schmelzpunkten und Zugfestigkeiten als andere. Bestimmte Moleküle sind so komplex, dass sie nicht ohne weiteres identifiziert werden können, so dass Techniken wie Weitwinkel-Röntgenstreuung, Kleinwinkel-Röntgenstreuung und Kleinwinkel-Neutronenstreuung verwendet werden.
Die meisten Polymere sind organisch und verwenden Kohlenstoffbindungen als Rückgrat. Andere verwenden Silizium. Aufgrund ihrer großen Vielfalt gibt es viele, die noch zu entdecken sind und ein fruchtbares Feld für weitere Forschung und Entwicklung bieten.