Polimeri so molekule, ki so sestavljene iz dolge, ponavljajoče se verige manjših enot, imenovanih monomeri. Imajo najvišjo molekulsko maso med vsemi molekulami in so lahko sestavljene iz milijard atomov. Človeška DNK je polimer z več kot 20 milijardami sestavnih atomov. Beljakovine, sestavljene iz aminokislin, in številne druge molekule, ki sestavljajo življenje, so polimeri. So največji in najbolj raznolik razred znanih molekul in vključujejo celo plastiko.
Monomeri so molekule, običajno velike približno 4-10 atomov, in so reaktivni, saj se zlahka vežejo na druge monomere v procesu, imenovanem polimerizacija. Polimeri in njihovi polimerizacijski procesi so tako raznoliki, da obstaja vrsta različnih sistemov za njihovo razvrščanje. Ena glavnih vrst je kondenzacijska polimerizacija, pri kateri reagirajoče molekule sproščajo vodo kot stranski produkt. To je način, s katerim se tvorijo vse beljakovine.
Polimeri niso vedno ravne verige rednih ponavljajočih se monomerov; včasih so sestavljene iz verig različnih dolžin ali celo verig, ki se vejejo v več smereh. Preostali monomeri se pogosto nahajajo skupaj s polimeri, ki jih ustvarijo, kar daje molekulam dodatne lastnosti. Za spodbujanje monomerov, da se povežejo v določenih konfiguracijah, so potrebni različni katalizatorji – sekundarne molekule, ki pospešujejo reakcijski čas. Katalizatorji so osnova večine proizvodnje sintetičnih polimerov.
Pri kopolimerizaciji nastanejo verige, ki vsebujejo dva ali več različnih monomerov. Večji, kompleksnejši polimeri imajo običajno višje tališče in natezno trdnost kot drugi, zaradi množice medmolekularnih sil, ki delujejo med njihovimi sestavinami. Nekatere molekule so tako zapletene, da jih ni mogoče zlahka identificirati, zato se uporabljajo tehnike, kot so širokokotno sipanje rentgenskih žarkov, sipanje rentgenskih žarkov z majhnim kotom in sipanje nevtronov z majhnim kotom.
Večina polimerov je organskih, ki uporabljajo ogljikove vezi kot hrbtenico. Drugi uporabljajo silicij. Zaradi njihove velike raznolikosti je veliko takšnih, ki jih je treba še odkriti, saj ponujajo plodno polje za nadaljnje raziskave in razvoj.