高分子材料指以相对分子质量较大的化合物为基体，配以其他添加剂所构成的材料。高分子化合物在化学结构上是由许多个实际或概念上的低分子量分子作为重复单元组成的高分子量的长链大分子，其相对分子量通常在104以上。
高分子化合物既有直接取自自然的产物，如天然三叶橡胶、纤维素、淀粉、蚕丝和动物皮毛等，也有经自然产物生物发酵成高分子或者先发酵成小分子化学前体再聚合而成的高分子，如聚羟基烷基酸酯、聚乳酸和尼龙1010等。绝大多数高分子化合物是由石油和煤等化石资源进行炼制形成小分子单体，而后聚合形成的。
高分子材料相对玻璃、陶瓷、水泥和金属材料等而言虽然是后起之秀，但由于原料来源丰富、合成相对容易、加工温度低、密度低、性能多样—既可用于结构材料也可用于功能材料，其发展速度已大大超过其他材料，广泛应用于人类社会的衣、食、住、行和生命健康等领域，是现代工业、国防安全和高新技术领域的重要基石。
高分子材料与衣
自远古以来，人类的服装经历了数次变革，曾用树叶、兽皮、麻布、丝帛、棉等作为服装材料。而随着时代的进步与科技的发展，各种合成高分子材料也被用于制作服装，如锦纶、涤纶、氨纶、尼龙等。无论是舒适度还是生产成本等各个方面，化纤材料都有着传统材料难以比拟的优势。目前中国已成为全球第一纺织大国，化纤产量占据全球总量的60%以上。据统计，2014年中国的化纤产量是4390万吨，增长率已经放缓，只有6.7%，不到2010年增长率15.6%的1/2。
高分子材料与食
在食品工业中高分子材料的运用也很普遍。传统食品面临着变质、腐烂等各种问题，这时候就需要一些高分子添加剂来改善，高分子添加剂的种类有很多，如增稠添加剂、悬浮添加剂、果冻添加剂等。各种餐具也越来越多地使用高分子材料，高分子餐具一定程度上可以节约成本，延长使用寿命。如密胺餐具（又称仿瓷餐具），既具有传统陶瓷之美感，又改善了陶瓷易碎的缺点。此外，调味品的塑料包装也逐步取代了过去的玻璃包装瓶。
高分子材料与住
高分子材料在建筑中也发挥着不可或缺的作用，从可取代金属、木材、水泥等的框架结构材料到隔热保温、防水、装饰材料，塑料、橡胶、涂料等已遍及所有建筑。高分子材料在家电上的应用也十分广泛。如在冰箱外壳内部填充的是发泡后的聚氨酯，起隔热保温作用。电线绝缘层采用聚氯乙烯（PVC），长玻纤增强聚丙烯可应用于冰箱以及耐热性比较高的厨用电器等，抗菌聚丙烯可应用于洗衣机内胆、电冰箱内制件等。
高分子材料与行
以橡胶为主材制成的轮胎是汽车和大部分飞机唯一与地面接触的功能部件，发挥着承载、驱动制动、控制方向及缓冲减震的关键作用。轮胎在现代社会的汽车和飞机上均发挥着至关重要的作用，所以完全可以说橡胶材料承载了现代社会的运行。2006年，我国超过美国，成为世界第一大轮胎生产国。据统计，2015年全国轮胎总产量为5.65亿条，同比微增0.53%，其中子午线轮胎产量5.15亿条，微增0.78%，斜交轮胎产量0.5亿条，同比下降2%，子午化率达91%。
高分子复合材料由于自重小，比强度、比模量高，而且可设计性强，应用也越来越广泛。目前已成为飞机中许多部件的首选材料，其中碳纤维复合材料是目前应用最为广泛的一种。波音B787飞机是波音公司最新研制的一款大型民用飞机，其复合材料使用量首次达到了总重量的50%，与同类飞机相比可以节省20%的燃油，这当中的8%是依靠应用复合材料而实现的。此外，塑料复合材料替代金属制件，大量应用于汽车行业，为汽车减重的同时，还可以降低摩擦力与能耗，路虎揽胜极光在制造中采用了一系列高级轻质复合材料，使其自重小于1.6吨，比揽胜运动版轻了35%，二氧化碳排放量低于130克/千米。
2014 年我国各类高分子材料的年产量
高分子材料在其他方面的应用
除了上述衣食住行环节外，高分子材料在能源、通信甚至日常生活的文娱、体育等各个方面都有所应用。燃料、水力和核能是目前广泛利用的能源，高分子材料良好的绝缘性能是电力工业、电子和微电子工业必不可少的绝缘材料，广泛应用于发电机、电动机、电缆、导线和各种仪器仪表中。各种塑料、橡胶、纤维、薄膜和胶黏剂为能源工业和通信产业做出了重要的贡献。
近年来，世界高分子科学研究在诸多领域取得重要进展，主要在控制聚合、超分子聚合物、聚合物纳米微结构、高通量筛选高分子合成技术、超支化高分子、光电活性高分子等方面。此外，生物医用高分子、静电纺丝技术以及3D打印技术、仿生高分子、生物基高分子等的研究也取得了重要进展。
在活性聚合领域的研究热点是原子转移自由基聚合（ATRP）。但ATRP活性聚合一般使用含铜的催化剂，限制了其应用。例如聚合物中残留微量的金属元素可能导致材料无法通过生物相容性测试，不能应用于生物医药领域。由美国加利福尼亚大学、美国康奈尔大学和陶氏化学公司的科学家共同发展了一种非金属原子转移自由基聚合光催化体系，不仅能活性可控制备均聚物，而且还能活性可控制备嵌段共聚物。
2015年3月，美国《科学》期刊报道了一种革命性3D打印技术—连续液体界面制造技术（CLIP），该技术所采用的关键材料是一种特殊光敏固化聚氨酯材料。该技术比当下市场上任意一种3D打印技术都要快25～100倍，且制造精度更高，可直接打印出具有工程级机械属性及表面光洁度的高分辨率零件。
研究人员将微压印和静电纺丝技术相结合，首次开发出了一种三层人工血管组织，将静电纺丝覆盖于由聚二氧六环酮（一种常用于生物医学领域的生物可降解聚合物）组成的中间层的两面上，最后再对薄片层进行折叠并且吸附形成管状的血管组织，随后以大鼠的成纤维细胞来滋养血管支架，从而检测支架在促进细胞扩张及整合上的效果。研究表明这种新型血管组织具有一定的机械强度并且可以促进新细胞生长。
2016年4月，《自然·化学》报道了一种超弹性、自我修复的新型材料，用于帮助开发人造肌肉。这个过程主要是通过将合成的弹性体暴露在电场中，引起它的扩张和收缩，从而让这个新的弹性体抽动，产生类似肌肉的电—机转换功能。
目前，生物基材料是现代生物制造产业发展的重点，也是社会经济绿色增长的重大产业方向。其中，美国一直将生物基材料的研发作为其生物质多年计划和生物基产品与生物能源研发相关项目的重要内容，并通过农业部、能源部以及国防部等多家政府机构联合开展项目资助与产业促进；欧盟于2013年7月提出在2014—2020年投入38亿欧元开展推动欧洲发展与增长的生物基可再生产业（BRIDGE）战略计划，以加速生物基产品的市场化进程。在生物基材料中，生物基弹性体的发展占据了重要位置。传统生物基合成弹性体的研究主要集中在生物可降解和生物医用方面，最新的发展趋势是将生物基弹性体应用于轮胎、传送带、减震密封件等工程橡胶领域。有研究者提出了生物基工程弹性体的概念，它是由可再生的生物质资源，如玉米、土豆、甘蔗等经发酵得到生物基单体，再经化学合成得到的弹性体聚合物。其中，科德宝集团研发出以甘蔗为原料的新型生物基三元乙丙橡胶（EPDM）弹性体，该材料能够承受150℃高温，并且具有优异的压缩保持能力，将被广泛应用于封装冷却液、蒸汽、合成液压油、刹车油和航空液压油（磷酸酯）；杰能科公司和固特异轮胎橡胶公司组建联合体，开发一体化发酵、回收和提纯系统，用于从糖类生产生物基异戊二烯，进而合成异戊橡胶。生物基工程弹性体和天然橡胶共同组成了生物橡胶，利用太阳能发展生物橡胶是未来橡胶工业可持续发展的趋势。
高分子材料按照其特性和用途可以分为塑料、纤维、橡胶、涂料、黏合剂等，也可分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料。到2013年，塑料、纤维、橡胶、涂料和胶黏剂用高分子材料的总量已达到5亿吨。我国已建立起完整的石油基单体炼制、高分子材料合成与加工应用产业链体系，高分子材料的年产量和消耗量均高居世界首位，产能约达2亿吨/年，是名副其实的高分子材料大国。但与美国、日本等发达国家和欧盟相比，我国高分子材料及产品多数属于中低档，很多高性能和特种高分子材料品种仍依赖进口，在高分子材料制品的精细化制造方面也存在显著差距，亟待强化原创新性基础研究，全面提升自主创新能力，掌握更多核心技术。
高分子材料总的发展趋势是高性能化、高功能化、智能化和绿色化。除了在传统应用领域继续扮演重要角色外，还在迅速发展的资源、环境、能源、生命健康以及航天等领域获得越来越强的发展动力，发挥着越来越多、越来越重要的作用。
高性能化
进一步提高耐高温/低温、耐磨、耐老化、耐腐蚀性及机械强度等，是高分子材料发展的重要方向和永恒主题，这对于航空航天、电子电器、信息技术、交通运输和国防安全等领域都有极其重要的支撑作用。
高功能化
功能高分子材料是材料领域最具活力的方向之一，目前已研究出各种各样新功能的高分子材料，如可像金属一样导热导电的高分子材料、能吸收自重几千倍的高吸水性材料、可作为人造器官的良好人体相容性的医用高分子材料等。但如何提高稳定性、适应性和降低生产成本仍然面临很多的挑战。
智能化
高分子材料的智能化是一项重大课题，是使材料本身拥有生物所具有的高级智能，包括预知预告性、自我诊断、自我修复、自我识别能力等特性。如根据人体状态，可控制和调节药剂释放的微胶囊材料；根据生物体生长或愈合情况继续生长或发生分解的人造血管、人工骨等材料；可以在应力/热/声/光/电/磁场中产生结构变化、形态变化、颜色变化以及性能变化等的高分子材料。由功能材料到智能材料是材料科学的又一次飞跃，它是诸多学科相互融合的产物，但挑战巨大，规模化和产业化仍然任重道远。
绿色化
高分子材料全寿命周期绿色化十分重要，指从生产到使用节约能源与资源、无毒无害、废弃物排放近“零”、对环境污染极小以及可循环利用。未来发展方向包括：开发原子经济的聚合反应，选用无毒无害的原料，利用可再生资源合成高分子材料，高分子材料高效再循环利用等。目前已有相当规模的产业，但我国在政策层面、技术层面、资金层面仍须加大力度和投入。
目前，我国高分子材料行业处于大而不强、小而散乱的局面，因而未来高分子材料发展的关键在于生产出更多高性能、多功能、易加工、更环保、更多生物基、可再生的材料。其中生态高分子材料的概念将越来越受到重视，它不仅涉及生态化学，而且涉及生态生产、生态使用、生态回收、再生利用以及残留在生态环境中可能产生的深远影响等。
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