Polimeryzacja jest to proces łączenia się ze sobą cząsteczek reaktywnego związku chemicznego, zwanego monomerem, z utworzeniem cząsteczki polimeru, bez wydzielenia się produktów ubocznych. Najczęściej stosowanymi monomerami są związki organiczne, zawierające w swojej cząsteczce wiązanie podwójne.

Reakcja polimeryzacji przebiega według schematu:
n R-CH = CH2 --> -[-CHR - CH2-]- n

Powstający polimer ma budowę łańcuchową. Jeżeli jednak w cząsteczce monomeru znajduje się więcej niż jedno wiązanie podwójne, to w określonych warunkach mogą powstawać produkty usieciowane przestrzennie, które charakteryzują się tym, że są nietopliwe i nierozpuszczalne.

Monomery są związkami stosunkowo trwałymi. Reakcja polimeryzacji przebiega dopiero wówczas, gdy cząsteczki monomeru zostaną zaktywowane przez wprowadzenie do układu reakcyjnego wolnych rodników, powstałych przez układ odpowiednich inicjatorów (nadtlenki organiczne) lub naświetlanie promieniami ultrafioletowymi. Możliwe jest również zainicjowanie polimeryzacji monomeru określonymi katalizatorami.

Polimeryzację monomeru można prowadzić w masie (metodą blokową), w zawiesinie wodnej (metodą suspensyjną), w emulsji lub w roztworze.

W zależności od warunków prowadzenia polimeryzacji można otrzymać polimery o różnej masie cząsteczkowej i różnych właściwościach, a tym samym o różnym przeznaczeniu praktycznym. Do najważniejszych przykładów polimerów powstałych przez polimeryzację monomerów należy polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polioctan winylu i polimetakrylan metylu, polistyren.