Polymeerit ovat molekyylejä, jotka koostuvat pitkästä, toistuvasta ketjusta pienempiä yksiköitä, joita kutsutaan monomeereiksi. Niillä on suurin molekyylipaino kaikista molekyyleistä, ja ne voivat koostua miljardeista atomeista. Ihmisen DNA on polymeeri, jossa on yli 20 miljardia ainesosaa. Aminohapoista koostuvat proteiinit ja monet muut elämän muodostavat molekyylit ovat polymeerejä. Ne ovat suurin ja monipuolisin tunnettujen molekyylien luokka ja sisältävät jopa muovia.
Monomeerit ovat tyypillisesti kooltaan noin 4–10 atomia olevia molekyylejä, ja ne ovat reaktiivisia, koska ne sitoutuvat helposti muihin monomeereihin prosessissa, jota kutsutaan polymeroinniksi. Polymeerit ja niiden polymerointiprosessit ovat niin erilaisia, että niiden luokitteluun on olemassa erilaisia järjestelmiä. Yksi tärkeimmistä tyypeistä on kondensaatiopolymerointi, jossa reagoivat molekyylit vapauttavat vettä sivutuotteena. Tämä on keino, jolla kaikki proteiinit muodostuvat.
Polymeerit eivät aina ole suorien toistuvien monomeerien suoria ketjuja; joskus ne koostuvat eripituisista ketjuista tai jopa ketjuista, jotka haarautuvat useisiin suuntiin. Monomeerejä löytyy usein yhdessä niiden luomien polymeerien kanssa, mikä antaa molekyyleille lisäominaisuuksia. Monomeerien houkutteleminen toisiinsa yhdistämiseksi tietyissä kokoonpanoissa vaatii erilaisia katalyyttejä – toissijaisia molekyylejä, jotka nopeuttavat reaktioaikoja. Katalyytit ovat useimpien synteettisten polymeerien tuotannon perusta.
Kopolymeroinnissa muodostuu ketjuja, jotka sisältävät kaksi tai useampia erilaisia monomeerejä. Suuremmilla, monimutkaisemmilla polymeereillä on yleensä korkeammat sulamispisteet ja vetolujuus kuin muilla, koska niiden aineosien välillä on runsaasti molekyylien välisiä voimia. Tietyt molekyylit ovat niin monimutkaisia, että niitä ei voida helposti tunnistaa, joten käytetään tekniikoita, kuten laajakulmainen röntgensäteilyn hajonta, pienen kulman röntgensäteilyn sironta ja pienen kulman neutronien sironta.
Useimmat polymeerit ovat orgaanisia, ja niiden selkäranka käyttää hiilisidoksia. Toiset käyttävät piitä. Suuren monimuotoisuutensa vuoksi monia on vielä löytämättä, ja ne tarjoavat hedelmällisen kentän jatkotutkimukselle ja -kehitykselle.