Polymerisation ist die Zusammenlagerung einfacherer chemischer Verbindungen (also Monomere) unter Bildung echter homöopolarer Bindungen zu polymeren, kettenförmigen Großmolekülen (=Makromolekülen), z. B. Ethylen zum Kunststoff Polyethylen.

Eine Polymerisation verläuft in 4 Phasen:

• Iniation. Die Reaktion, die die Kettenreaktion und damit das Bilden von Polymeren startet (auch als Kettenstart oder Primärreaktion bezeichnet).
• Wachstumsreaktion. Hier baut sich die Länge der Molekülketten auf (auch als Aufbaureaktion, Fortpflanzungsreaktion oder Propagation bezeichnet).
• Kettenübertragung. Die Verzweigung der Molekülketten wird gebildet.
• Kettenabbruch: Diese Reaktion führt zum Abbruch der Kettenreaktion (auch als Termination bezeichnet).

Wenn Radikale, das sind Teilchen, die ungepaarte Elektronen besitzen und daher in der Regel sehr reaktiv sind, reagieren, bezeichnet man das als radikalische Polymerisation. Das Makromolekül Polystyrol (PS) entsteht zum Beispiel durch eine radikalische Reaktion von Styrol.