Czasami możliwe jest, zwłaszcza w dziedzinie chemii organicznej, łączenie małych cząsteczek w długie łańcuchy. Terminem dla długich łańcuchów jest polimer, a proces nazywa się polimeryzacją. Poly- oznacza wiele, natomiast -mer oznacza jednostkę. Wiele jednostek łączy się w nową, pojedynczą jednostkę. Istnieją dwie podstawowe metody polimeryzacji małych łańcuchów w większe - polimeryzacja addycyjna i kondensacyjna.
Polimeryzacja kondensacyjna
Polimeryzacja kondensacyjna odnosi się do łączenia ze sobą mniejszych cząsteczek poprzez utratę małej cząsteczki, takiej jak woda, w celu utworzenia większej cząsteczki. Jednym z najprostszych przykładów jest reakcja glicyny lub kwasu aminooctowego HOOC-CH2-NH2 z wytworzeniem dimeru HOOC-CH2-NH-CO-CH2-NH2. Polimeryzacja wymaga co najmniej jednego podwójnego lub dwóch pojedynczych miejsc reakcji.
Polimeryzacja addycyjna
Styren lub C6H5-CH=CH2 może tworzyć nawet długie łańcuchy poprzez polimeryzację wolnorodnikową. Wiąże się to z rozerwaniem podwójnego wiązania, które umożliwia dodanie kolejnej cząsteczki styrenu. Powtarzanie pozwala na dodanie kolejnej, i jeszcze innej cząsteczki styrenu. Proces można kontrolować w celu ograniczenia liczby dodatków.
Inna polimeryzacja addycyjna obejmuje karbokationy. Związki o podwójnym lub potrójnym wiązaniu oddziałują z kwasami, tworząc dodatnio naładowane karbokationy. Mogą one łączyć się z dodatkowymi cząsteczkami, tworząc dłuższe karbokationy zdolne do dalszego powtarzania procesu.