Polimeryzacja to reakcja chemiczna, w której małe cząsteczki związków organicznych, zwane monomerami, łączą się w długie łańcuchy lub sieci, tworząc polimery. Podstawowym warunkiem polimeryzacji jest obecność w monomerach wiązania podwójnego C=C, dzięki któremu cząsteczki mogą łączyć się ze sobą.
Reakcji polimeryzacji ulegają przede wszystkim węglowodory nienasycone, takie jak alkeny. Przykładem jest etenktóry polimeryzuje do polietylenu (PE), czy propen, z którego powstaje polipropylen (PP). Inne przykłady to styren tworzący polistyren (PS) oraz chlorek winylu, z którego powstaje polichlorek winylu (PVC).
Polimery powstałe w wyniku polimeryzacji mają szerokie zastosowanie praktyczne w przemyśle: służą do produkcji tworzyw sztucznych, opakowań, rur, kabli, materiałów izolacyjnych, części samochodowych i elementów codziennego użytku.