Надмолекуля́рная структу́ра полимеров, физическая структура полимерных тел, обусловленная различными видами упорядочения макромолекул.
Надмолекулярная структура аморфных полимеров и кристаллических полимеров различается.
В полимерах, находящихся в аморфном состоянии, имеет место только ближний порядок, распространяющийся на области, образованные различной конформацией молекул.
Для аморфных полимеров характерно образование упорядоченных областей доменов. Домены соединяются между собой с помощью проходных цепей. Междоменные области состоят из звеньев неупорядоченно расположенных цепей, а также включают в себя проходные цепи и свободные концы цепей, не вошедшие в домены. Различают три возможных вида доменов: складчатые (гофрированные), снопообразные (мицеллорные) и глобулярные.
Глобулярные, (состоящие из глобул), или фибриллярные (пачечные) агрегаты макромолекул, представляющие собой длительно живущие флуктуационные образования большого размера, являются простейшими формами надмолекулярной структуры в аморфном состоянии полимеров
В кристаллизующихся полимерах образуются области как ближнего, так и дальнего порядка. В них может образовываться простейший элемент надмолекулярной структуры кристаллизующихся полимеров — кристаллографическая ячейка. Элементарные ячейки, как правило, образуют многослойные плоские пластинки — кристаллиты. Кристаллиты могут объединяться и в более сложные формы надмолекулярных структур — фибриллы, сростки сферолитов в виде лент и пластин и т. д. В межсферолитном пространстве и между кристаллитами, кроме проходных макромолекул, находятся длинные и короткие петли, образованные молекулярными цепями, свободные концы макромолекул, примеси и различные дефекты. Наблюдать их во многих случаях возможно при помощи электронной и оптической микроскопии.
Различия в надмолекулярных структурах заметно влияют на физические свойства полимера, которые поэтому не определяются одним лишь его химическим строением. Направленное изменение надмолекулярных структур, достигаемое температурными, механическими и другими воздействиями, существенно влияет на комплекс свойств полимерного тела и широко применяется в промышленности (изготовление высокопрочных волокон и пленок, модифицирование пластмасс). Пространство между надмолекулярными структурными образованиями имеет менее совершенное и более дефектное строение с низкой молекулярной плотностью. Это пространство фактически и определяет механические и физико-химические свойства полимеров.
Надмолекулярные структуры в полимерах исследуются методами электронной микроскопии, нейтронографии, рентгеновской дифракции, светорассеяния, двойного лучепреломления и др.