Polimery naturalne, nazywane także biopolimerami, to polimery powstające w reakcjach łańcuchowych katalizowanych enzymatycznie przebiegających w złożonych procesach metabolicznych. Są pozyskiwane (ekstrahowane) z materiału, w którym te procesy zachodzą, czyli z materiału:

Materiał roślinny to np. kukurydza (która zawiera skrobię, tłuszcz i białko lub wodorosty zawierające algininę), drewno, bawełna, len, czy juta (zawierające celulozę); ziemniaki (zawierające skrobię), trzcina cukrowa (zawierająca sacharozę), kauczukowiec brazylijski (zawierający kauczuk naturalny – politerpen), wodorosty (zawierające chitynę), skórki cytrusów i resztki jabłek (zawierające pektynę) itd. Materiał zwierzęcy to np. kokony jedwabników (z których jest wytwarzany jedwab naturalny), szkielet zewnętrzny głowonogów (zawierający chitynę i chitozan), okrywa włosowa zwierząt (z której wytwarzana jest wełna), czy substancja międzykomórkowa wszystkich organizmów zwierzęcych (zawierająca kolagen) itd. Natomiast do źródeł mikrobiologicznych należą bakterie i grzyby (które zawierają m.in. celulozę, chitynę i chitozan oraz produkują i magazynują np. polihydroksymaślan czy polihydroksymaślan-walerian).

Polimery naturalne są klasyfikowane, w oparciu o rodzaj monomeru (zob. Rys. 2 ), na trzy podstawowe grupy (punkty 1-3) oraz (punkty 4-7):

1. polisacharydy (inaczej nazywane cukrami lub węglowodanami) – omówienie tej klasy związków znajduje się w rozdziale Węglowodany;
2. poliamidy (białka i peptydy) – omówienie tej klasy związków znajduje się w rozdziale Aminokwasy, peptydy i białka;
3. polinukleotydy (kwasy nukleinowe), które występują we wszystkich organizmach żywych – omówienie tej klasy związków znajduje się w rozdziale Kwasy nukleinowe;
4. poliizopreny będące polimerami dienu – monomeru zawierającego dwa wiązania podwójne węgiel-węgiel;
5. poliestry, do których należą np. woski wyekstrahowane z liści różnych drzew iglastych (liniowe poliestry hydroksykwasów, takich jak: kwas jałowcowy (kwas \( \omega \)-hydroksypalmitynowy) i kwas sabinowy (kwas \( \omega \)-hydroksylaurynowy));
6. ligniny, które są polimerami roślinnymi zbudowanymi z monomerów fenylopropanoidów (alkoholu p-kumarylowego, alkoholu koniferylowego i alkoholu sinapylowego);
7. melaniny.

Polimery naturalne wykazują liczne i pożądane cechy, do których należą: duża liczebność, plastyczny charakter, biodegradowalność, a co za tym idzie biostabilność i biokompatybilność. Oznacza to, że polimery naturalne sprzyjają adhezji komórek i nie wywołują skutków ubocznych, w tym cytotoksyczności i odpowiedzi antygenowej w kontakcie z organizmami żywymi oraz wykazują względnie długi okres życia. Wiele naturalnych polimerów (jak np. kolagen, żelatyna, alginian, itd.) tworzy także hydrożele. Dzięki tym własnościom polimery naturalne znalazły zastosowania m.in. w kontrolowanym dostarczaniu genów i leków (umożliwiają zminimalizowanie strat leku i ograniczają toksyczność leku względem zdrowej tkanki), czy w medycynie (do regeneracji kości lub w terapiach antynowotworowych (np. chitozan niszczy błonę komórek nowotworowych (mięsaka i raka wątroby) indukując ich apoptozę). Dodatkowo, kauczuk, chitozan, kwas alginowy czy białko można przekształcić we włókna w odpowiednim procesie formowania włókien.

Większość polimerów naturalnych powstaje w reakcjach polimeryzacji kondensacyjnej, w których produktem ubocznym jest woda \( ({H}{_2}{O}) \).