Polimēri ir molekulas, kas sastāv no garas, atkārtotas mazāku vienību ķēdes, ko sauc par monomēriem. Viņiem ir vislielākā molekulmasa starp visām molekulām, un tie var sastāvēt no miljardiem atomu. Cilvēka DNS ir polimērs ar vairāk nekā 20 miljardiem atomu. Olbaltumvielas, kas sastāv no aminoskābēm, un daudzas citas molekulas, kas veido dzīvību, ir polimēri. Tās ir lielākā un daudzveidīgākā zināmo molekulu klase un pat ietver plastmasu.
Monomēri ir molekulas, kuru izmērs parasti ir aptuveni 4-10 atomi, un tās ir reaktīvas, jo tās viegli saistās ar citiem monomēriem procesā, ko sauc par polimerizāciju. Polimēri un to polimerizācijas procesi ir tik dažādi, ka pastāv dažādas sistēmas to klasificēšanai. Viens no galvenajiem veidiem ir kondensācijas polimerizācija, kurā reaģējošas molekulas atbrīvo ūdeni kā blakusproduktu. Tas ir līdzeklis, ar kuru tiek veidotas visas olbaltumvielas.
Polimēri ne vienmēr ir regulāru atkārtotu monomēru taisnas ķēdes; dažreiz tās sastāv no dažāda garuma ķēdēm vai pat ķēdēm, kas zarojas vairākos virzienos. Atlikušie monomēri bieži tiek atrasti kopā ar polimēriem, ko tie rada, piešķirot molekulām papildu īpašības. Lai pierunātu monomērus savienoties kopā noteiktās konfigurācijās, ir nepieciešami dažādi katalizatori – sekundāras molekulas, kas paātrina reakcijas laiku. Katalizatori ir lielākās daļas sintētisko polimēru ražošanas pamatā.
Kopolimerizācijā veidojas ķēdes, kas satur divus vai vairākus dažādus monomērus. Lielākiem, sarežģītākiem polimēriem parasti ir augstāki kušanas punkti un stiepes izturība nekā citiem, jo starp to sastāvdaļām darbojas daudz starpmolekulāro spēku. Dažas molekulas ir tik sarežģītas, ka tās nevar viegli identificēt, tāpēc tiek izmantotas tādas metodes kā platleņķa rentgenstaru izkliede, maza leņķa rentgenstaru izkliede un maza leņķa neitronu izkliede.
Lielākā daļa polimēru ir organiski, un to pamatā ir oglekļa saites. Citi izmanto silīciju. To lielās daudzveidības dēļ ir daudz tādu, kas vēl ir jāatklāj, piedāvājot auglīgu lauku turpmākai izpētei un attīstībai.