Los polímeros son moléculas que constan de una cadena larga y repetida de unidades más pequeñas llamadas monómeros. Tienen el peso molecular más alto entre todas las moléculas y pueden constar de miles de millones de átomos. El ADN humano es un polímero con más de 20 mil millones de átomos constituyentes. Las proteínas, compuestas por aminoácidos y muchas otras moléculas que forman la vida son polímeros. Son la clase más grande y diversa de moléculas conocidas e incluso incluyen plásticos.
Los monómeros son moléculas típicamente de 4 a 10 átomos de tamaño y son reactivos porque se unen fácilmente a otros monómeros en un proceso llamado polimerización. Los polímeros y sus procesos de polimerización son tan diversos que existe una variedad de sistemas diferentes para clasificarlos. Un tipo principal es la polimerización por condensación, en la que las moléculas que reaccionan liberan agua como subproducto. Este es el medio por el cual se forman todas las proteínas.
Los polímeros no siempre son cadenas lineales de monómeros que se repiten regularmente; a veces, consisten en cadenas de diferente longitud o incluso cadenas que se ramifican en múltiples direcciones. Los monómeros residuales a menudo se encuentran junto con los polímeros que crean, dando a las moléculas propiedades adicionales. Para convencer a los monómeros para que se unan en ciertas configuraciones se requiere una variedad de catalizadores, moléculas secundarias que aceleran los tiempos de reacción. Los catalizadores son la base de la mayor parte de la producción de polímeros sintéticos.
En la copolimerización, se forman cadenas que contienen dos o más monómeros diferentes. Los polímeros más grandes y complejos tienden a tener puntos de fusión y resistencias a la tracción más altos que otros, debido a la gran cantidad de fuerzas intermoleculares que actúan entre sus constituyentes. Ciertas moléculas son tan complejas que no se pueden identificar fácilmente, por lo que se emplean técnicas como la dispersión de rayos X de ángulo amplio, la dispersión de rayos X de ángulo pequeño y la dispersión de neutrones de ángulo pequeño.
La mayoría de los polímeros son orgánicos y emplean enlaces de carbono como columna vertebral. Otros usan silicona. Debido a su gran diversidad, hay muchos que aún no se han descubierto, lo que ofrece un campo fructífero para una mayor investigación y desarrollo.