Polimerai yra molekulės, susidedančios iš ilgos, pasikartojančios mažesnių vienetų grandinės, vadinamos monomerais. Jie turi didžiausią molekulinę masę tarp visų molekulių ir gali būti sudaryti iš milijardų atomų. Žmogaus DNR yra polimeras, turintis daugiau nei 20 milijardų sudedamųjų atomų. Baltymai, sudaryti iš aminorūgščių ir daugelio kitų gyvybę sudarančių molekulių, yra polimerai. Jie yra didžiausia ir pati įvairiausia žinomų molekulių klasė ir netgi apima plastiką.
Monomerai yra molekulės, kurių dydis paprastai yra apie 4–10 atomų, ir yra reaktyvios, nes lengvai jungiasi su kitais monomerais procese, vadinamame polimerizacija. Polimerai ir jų polimerizacijos procesai yra tokie įvairūs, kad jiems klasifikuoti yra įvairių sistemų. Viena pagrindinių rūšių yra kondensacinė polimerizacija, kai reaguojančios molekulės išskiria vandenį kaip šalutinį produktą. Tai yra priemonė, kuria susidaro visi baltymai.
Polimerai ne visada yra tiesios taisyklingų pasikartojančių monomerų grandinės; kartais jie susideda iš įvairaus ilgio grandinių arba net iš grandinių, besišakojančių keliomis kryptimis. Likučiai monomerai dažnai randami kartu su jų sukurtais polimerais, suteikiančiais molekulėms papildomų savybių. Norint įtikinti monomerus, kad jie susijungtų tam tikromis konfigūracijomis, reikia įvairių katalizatorių – antrinių molekulių, kurios pagreitina reakcijos laiką. Katalizatoriai yra daugumos sintetinių polimerų gamybos pagrindas.
Kopolimerizuojant susidaro grandinės, kuriose yra du ar daugiau skirtingų monomerų. Didesni, sudėtingesni polimerai paprastai turi aukštesnę lydymosi temperatūrą ir tempimo stiprumą nei kiti, nes tarp jų sudedamųjų dalių veikia daug tarpmolekulinių jėgų. Tam tikros molekulės yra tokios sudėtingos, kad jų negalima lengvai identifikuoti, todėl naudojami tokie metodai kaip plataus kampo rentgeno spindulių sklaida, mažo kampo rentgeno spindulių sklaida ir mažo kampo neutronų sklaida.
Dauguma polimerų yra organiniai, kurių pagrindas yra anglies jungtys. Kiti naudoja silicį. Dėl didelės jų įvairovės yra daug dalykų, kurie dar turi būti atrasti, todėl tai yra vaisinga sritis tolesniems tyrimams ir plėtrai.