Polimorfizm, bądź inaczej wielopostaciowość to zjawisko polegające na występowaniu związku chemicznego w więcej niż jednej odmianie krystalicznej (układzie krystalograficznym). Odmiany polimorficzne są trwałe w określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Nie są to jednak różne stany skupienia substancji, a różne fazy materii. Przejścia z jednej do drugiej odmiany przebiega na zasadzie przemiany fazowej pierwszego rodzaju (nieciągłej zmiany funkcji stanu). Często zdarza się, że związek chemiczny występuje w jednej temperaturze w różnych układach krystalicznych.
Różne struktury sieci krystalicznych odmian polimorficznych skutkują różnymi właściwościami fizycznymi, a czasem i chemicznymi tych substancji.
Popularnym przykładem polimorfizmu jest węglan wapnia, który występuje m.in. w formie kalcytu (układ trygonalny) i aragonitu (układ rombowy)
kalcyt aragonit
kalcyt - By Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10030057; aragonit - By Didier Descouens - Praca własna, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10799189
W odniesieniu do pierwiastków chemicznych używa się określenia alotropii – np. węgiel występuje m.in. pod postacią diamentu (układ regularny) i grafitu (układ heksagonalny).