Sehr großes Molekülgebilde überwiegend organischer Natur, das in der Regel durch Polymerisation, Polyaddition oder Polykondensation aus einer Vielzahl von (meist gleichen) Monomeren durch chemische Reaktion gebildet wird und insofern aus einer Vielzahl von Atomen besteht, die vorwiegend durch kovalente Bindung miteinander verknüpft sind, und das eine Molekülmasse von mehreren tausend bis zu Millionen g/Mol aufweisen kann. Fast alle synthetischen und viele natürliche makromolekularen Stoffe weisen eine sogenannte Molekülmassenverteilung auf, d. h. die Moleküle haben nicht alle die gleiche Molekülmasse (die angegebenen Molekülmassen sind Mittelwerte). Nur die natürlichen makromolekularen Stoffe, wie z. B. Proteine und Nukleinsäuren oder Naturkautschuk, zeigen sehr einheitliche Molekülmassen.
Makromoleküle sind linear (Faden- bzw. Kettenmoleküle), flächig oder räumlich (vernetzt) aufgebaut. Bei vernetzten Makromolekülen sind die Ketten durch Molekülbrücken (vorwiegend) oder Nebenvalenzbindungen (z. B. Wasserstoffbrücken) verbunden.
Während vernetzte Polymere (Duroplaste und z. T. Elastomere) praktisch aus einem (Riesen-) Molekül bestehen, lässt sich v. a. bei Thermoplasten die Molekulargröße und das Molekulargewicht über den Polymerisationsgrad steuern. Fast alle synthetischen Makromoleküle haben ein einfaches Bauprinzip, bei denen sich dieselbe Gruppe periodisch wiederholt (Polymere). Natürliche Makromoleküle (wie z. B. Proteine, DNA) können dagegen einen sehr unregelmäßigen Aufbau haben.
Der Übergang zwischen niedermolekularen Stoffen und Makromolekülen ist fließend. Es ist von mittleren Kettenlängen der Makromoleküle bis 10-3 mm auszugehen. Bei metallischen Werkstoffen (z. B. bei der austenitischen Edelstahllegierung 1.4404) liegen die Korngrößen bei ca. 5–30 x 10-3 mm und die metallischen Elementarzellen bei ca. 4 Å = 0,4 nm = 0,0004 µm = 0,0004 x 10-3 mm. Daraus geht hervor, dass die atomare bzw. molekulare Dichte des strukturellen Aufbaus bei Metallen wesentlich höher ist als bei makromolekularen bzw. hochpolymeren Stoffen. Bei Metallen sind nur die Korngrenzenbereiche (Korngrenzen) ähnlich locker gepackt wie makromolekulare Stoffe.