Ketjuuntuvassa polymeroinnissa polymeeriketjut muodostuvat, kun monomeerit liittyvät toisiinsa ketjumaisesti. Yleisiä aloitus- ja kasvutapoja ovat radikaalinen polymerointi, anioninen polymerointi, kationinen polymerointi sekä fotopolymerointi. Radikaalinen polymerointi käynnistyy radikaaleilla reaktiivisilla keskuksilla ja soveltuu laajasti erilaisten monomeerien käsittelyyn. Anioninen ja kationinen polymerointi mahdollistavat tiukemman kontrollin ketjun kasvun ja pienemmän dispersiteetin. Fotopolymerointi hyödyntää valoa reaktion käynnistämiseksi ja tarjoaa joustavuutta prosessin hallintaan. Elävä tai kontrolloitu polymerointi, kuten ATRP, RAFT ja ROMP, mahdollistaa tarkat molekyylipainot sekä monimutkaisten rakenteiden, kuten blokki- ja kirjastorakenteiden, valmistamisen.
Askeleittopolymerointi muodostuu monomeerien reaktiosta toisiinsa ja jaetaan kondensaatiopohjaiseen sekä additiopohjaiseen polymerointiin. Kondensaatiopohjaiset polymeerit, kuten polyesterit ja polyamidit, vapauttavat sivutuotteita (esim. vesi tai alkoholi). Additiopolymerointi ilman sivutuotteita mahdollistaa erilaisten ketjuarkkitehtuurien syntymisen. Prosessille vaikuttavat reaktiotyyppi, monomeerien luonne ja haluttu lopputuotteen termomekaaniset ominaisuudet.
Yleisiä prosessityyppejä ovat bulk-, liuotin-, emulsi- ja suspensio-polymerointi. Emulsiopolymerointi on keskeinen tekniikka maaleissa ja muovien valmistuksessa, suspensio mahdollistaa suurten hiukkasten tuotannon, ja liuotinvaihe mahdollistaa tiiviit ja kontrolloidut rakenteet. Ketju- ja kontrolloidut polymerointimenetelmät tarjoavat keinoja suunnitella polymeerien ominaisuuksia tarkasti.