โพลิเมอร์สังเคราะห์ เป็นโพลิเมอร์ที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้น โดยอาศัยกระบวนการทางเคมีต่าง ๆ ซึ่งสารที่นิยมนำมาใช้ในการสังเคราะห์โพลิเมอร์ คือ สารไฮโดรคาร์บอนที่เป็นผลพลอยได้จากกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบและการแยกแก๊สธรรมชาติ โดยสารไฮโดรคาร์บอนที่นำมาใช้จะต้องมีสมบัติเป็นสารที่ไม่อิ่มตัว คือ มีพันธะคู่ อยู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอน ตัวอย่างเช่น เอทิลีน โพรพิลีน ไอโซปรีน สไตรีน และไวนิลคลอไรด์ เป็นต้น
การสังเคราะห์โพลิเมอร์เกิดขึ้นได้โดยการนำสารไฮโดรคาร์บอนไปทำปฏิกิริยาเคมีในสภาวะที่เหมาะสม ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีในตำแหน่งที่เป็นพันธะคู่จนเกิดการเชื่อมต่อกันไปเป็นโมเลกุลโพลิเมอร์ขนาดใหญ่ เรียกปฏิกิริยาที่สารเริ่มต้นที่เป็นมอนอเมอร์ขนาดใหญ่ เรียกปฏิกิริยาที่สารเริ่มต้นที่เป็นมอนอเมอร์รวมตัวกันเป็นโพลิเมอร์ว่า ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (polymerization)
ปฏิกิริยาพอเมอไรเซชันของสารสามารถเกิดขึ้นได้ 2 รูปแบบ คือ แบบต่อเติม และแบบควบแน่น ดังนี้
- ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบต่อเติม (addition polymerization) เป็นปฏิกิริยาการรวมตัวกันของมอนอเมอร์ที่ไม่มีการกำจัดส่วนใดของมอนอเมอร์ออกไป การสร้างพันธะระหว่างมอนอเมอร์จะเกิดขึ้นได้โดยการเปลี่ยนพันธะคู่ระหว่างอะตอมคาร์บอนให้เป็นพันธะเดี่ยว เพื่อนำอิเล็กตรอนที่เหลือไปสร้างพันธะเดี่ยวกับโมเลกุลมอนอเมอร์อื่น ๆ เมื่อเกิดปฏิกิริยาแบบต่อเติมนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีเพียงโพลิเมอร์เท่านั้น โพลิเมอร์ที่เกิดขึ้นโดยวิธีนี้ ได้แก่ พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิไวนิลคลอไรด์ เป็นต้น
- ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบควบแน่น (condensation polymerization) เป็นปฏิกิริยารวมตัวของมอนอเมอร์ที่มีการกำจัดบางส่วนของมอนอเมอร์ออกไป โดยเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นโพลิเมอร์ และสารอื่น ๆ ที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น น้ำ แอมโมเนีย แอลกอฮอล์ เป็นต้น
โพลิเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาโพลิเมอร์ไรเซชันแบบควบแน่นนี้ มักจะมีโครงสร้างแป็นแบบตาข่ายหรือแบบร่างแห จึงทำให้โพลิเมอร์ที่เกิดขึ้นด้วยปฏิกิริยาแบบนี้มีความแข็งมาก โค้งงอได้เล็กน้อย เปราะและหักง่าย ตัวอย่างของโพลิเมอร์ที่เกิดขึ้นโดยวิธีนี้ ได้แก่ ไนลอนและพอลิเอสเทอร์ เป็นต้น
โพลิเมอร์ส่วนใหญ่ถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยอาศัยมอนอเมอร์ที่เป็นสารไฮโดรคาร์บอน แต่ก็อาจมีโพลิเมอร์บางชนิดที่เกิดขึ้นจากมอนอเมอร์อื่น ๆ ที่ไม่ได้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนได้ โดยโพลิเมอร์เหล่านี้เกิดจากการนำมอนอเมอร์ที่เป็นสารไฮโดรคาร์บอนมาทำปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น เพื่อเปลี่ยนไปเป็นมอนอเมอร์อีกชนิดหนึ่ง จากนั้นจึงนำมาทำปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันจนเกิดเป็นโพลิเมอร์