Στην επιστήμη των υλικών, ο πολυμορφισμός είναι η ικανότητα ενός στερεού υλικού να υπάρχει σε περισσότερες από μία μορφές ή κρυσταλλική δομή. Ο πολυμορφισμός μπορεί να βρεθεί σε οποιοδήποτε κρυσταλλικό υλικό, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών, των ορυκτών και των μετάλλων. Σχετίζεται με την αλλοτροπία, η οποία αναφέρεται στα χημικά στοιχεία. Η πλήρης μορφολογία ενός υλικού περιγράφεται από τον πολυμορφισμό και άλλες μεταβλητές, όπως η κρυσταλλική συνήθεια, το άμορφο κλάσμα ή οι κρυσταλλογραφικές ατέλειες. Ο πολυμορφισμός είναι σημαντικός σε τομείς όπως τα φαρμακευτικά προϊόντα, τα αγροχημικά, οι χρωστικές ουσίες, οι βαφές, τα τρόφιμα και τα εκρηκτικά.
Ο πολυμορφισμός που υφίσταται λόγω της διαφοράς στη συσκευασία των κρυστάλλων ονομάζεται πολυμορφισμός συσκευασίας. Ο πολυμορφισμός μπορεί επίσης να προκύψει από την ύπαρξη διαφορετικών διαμορφωτών του ίδιου μορίου στον πολυμορφισμό διαμόρφωσης. Στον ψευδοπολυμορφισμό οι διαφορετικοί κρυσταλλικοί τύποι είναι αποτέλεσμα ενυδάτωσης ή διαλυτοποίησης. Αυτό αναφέρεται ορθότερα ως διαλυτομορφισμός, καθώς τα διαφορετικά διαλυτά έχουν διαφορετικούς χημικούς τύπους. Ένα παράδειγμα οργανικού πολυμορφισμού είναι η γλυκίνη, η οποία είναι σε θέση να σχηματίσει μονοκλινείς και εξαγωνικούς κρυστάλλους. Το διοξείδιο του πυριτίου είναι γνωστό ότι σχηματίζει πολλά πολυμορφήματα, τα σημαντικότερα από τα οποία είναι: α-χαρτζής, β-χαρτζής, τριδυμίτης, κριστοβαλίτης, μογανίτης, κοεσίτης και στισχοβίτης. Ένα κλασικό παράδειγμα είναι το ζεύγος ορυκτών, ο ασβεστίτης και ο αραγωνίτης, και οι δύο μορφές ανθρακικού ασβεστίου.
Ένα ανάλογο φαινόμενο για τα άμορφα υλικά είναι ο πολυμορφισμός, όταν μια ουσία μπορεί να πάρει πολλές διαφορετικές άμορφες τροποποιήσεις.