Polimeri su molekule koje se sastoje od dugog, ponavljajućeg lanca manjih jedinica zvanih monomeri. Imaju najveću molekularnu težinu među svim molekulama i mogu se sastojati od milijardi atoma. Ljudska DNK je polimer s preko 20 milijardi sastavnih atoma. Proteini, sastavljeni od aminokiselina, i mnoge druge molekule koje čine život su polimeri. Oni su najveća i najraznovrsnija klasa poznatih molekula i čak uključuju plastiku.
Monomeri su molekule obično veličine oko 4-10 atoma i reaktivne su po tome što se lako vežu za druge monomere u procesu koji se naziva polimerizacija. Polimeri i njihovi procesi polimerizacije toliko su raznoliki da postoji niz različitih sustava za njihovu klasifikaciju. Jedna od glavnih vrsta je kondenzacijska polimerizacija, gdje reagirajuće molekule oslobađaju vodu kao nusprodukt. Ovo je način na koji nastaju svi proteini.
Polimeri nisu uvijek ravni lanci monomera koji se redovito ponavljaju; ponekad se sastoje od lanaca različite duljine, ili čak lanaca koji se granaju u više smjerova. Rezidualni monomeri se često nalaze zajedno s polimerima koje stvaraju, dajući molekulama dodatna svojstva. Da bi se monomeri natjerali da se povežu zajedno u određenim konfiguracijama, potrebni su različiti katalizatori – sekundarne molekule koje ubrzavaju vrijeme reakcije. Katalizatori su osnova većine proizvodnje sintetičkih polimera.
U kopolimerizaciji nastaju lanci koji sadrže dva ili više različitih monomera. Veći, složeniji polimeri imaju višu točku taljenja i vlačnu čvrstoću od drugih, zbog bogatstva međumolekularnih sila koje djeluju između njihovih sastojaka. Određene molekule su toliko složene da se ne mogu lako identificirati, pa se koriste tehnike poput širokokutnog raspršenja rendgenskih zraka, malokutnog raspršenja rendgenskih zraka i malokutnog raspršenja neutrona.
Većina polimera su organski, a koriste ugljikove veze kao svoju okosnicu. Drugi koriste silicij. Zbog njihove velike raznolikosti, mnoge ih tek treba otkriti, nudeći plodno polje za daljnja istraživanja i razvoj.