Polimer adalah molekul yang terdiri dari rantai berulang yang panjang dari unit yang lebih kecil yang disebut monomer. Mereka memiliki berat molekul tertinggi di antara molekul apa pun, dan dapat terdiri dari miliaran atom. DNA manusia adalah polimer dengan lebih dari 20 miliar atom penyusun. Protein, terdiri dari asam amino, dan banyak molekul lain yang membentuk kehidupan adalah polimer. Mereka adalah kelas molekul terbesar dan paling beragam yang diketahui dan bahkan termasuk plastik.
Monomer adalah molekul yang biasanya berukuran sekitar 4-10 atom, dan reaktif karena mereka mudah berikatan dengan monomer lain dalam proses yang disebut polimerisasi. Polimer dan proses polimerisasinya sangat beragam sehingga terdapat berbagai sistem yang berbeda untuk mengklasifikasikannya. Salah satu jenis utama adalah polimerisasi kondensasi, di mana molekul yang bereaksi melepaskan air sebagai produk sampingan. Ini adalah cara dimana semua protein terbentuk.
Polimer tidak selalu merupakan rantai lurus dari monomer berulang yang teratur; kadang-kadang, mereka terdiri dari rantai dengan panjang yang bervariasi, atau bahkan rantai yang bercabang ke berbagai arah. Monomer sisa sering ditemukan bersama dengan polimer yang mereka buat, memberikan molekul sifat tambahan. Untuk membujuk monomer agar terhubung bersama dalam konfigurasi tertentu membutuhkan berbagai katalis — molekul sekunder yang mempercepat waktu reaksi. Katalis adalah dasar dari sebagian besar produksi polimer sintetik.
Dalam kopolimerisasi, rantai terbentuk yang mengandung dua atau lebih monomer yang berbeda. Polimer yang lebih besar dan lebih kompleks cenderung memiliki titik leleh dan kekuatan tarik yang lebih tinggi daripada yang lain, karena banyaknya gaya antarmolekul yang bekerja di antara konstituennya. Molekul-molekul tertentu sangat kompleks sehingga mereka tidak dapat dengan mudah diidentifikasi, sehingga teknik seperti hamburan sinar-x sudut lebar, hamburan sinar-x sudut kecil, dan hamburan neutron sudut kecil digunakan.
Sebagian besar polimer bersifat organik, menggunakan ikatan karbon sebagai tulang punggungnya. Yang lain menggunakan silikon. Karena keragamannya yang besar, ada banyak yang belum ditemukan, menawarkan bidang yang bermanfaat untuk penelitian dan pengembangan lebih lanjut.