Na ciência dos materiais, o polimorfismo é a capacidade de um material sólido de existir em mais de uma forma ou estrutura de cristal. O polimorfismo pode ser encontrado em qualquer material cristalino, incluindo polímeros, minerais e metais. Está relacionado à alotropia, que se refere a elementos químicos. A morfologia completa de um material é descrita pelo polimorfismo e outras variáveis como o hábito cristalino, fração amorfa ou defeitos cristalográficos. O polimorfismo é importante em campos como produtos farmacêuticos, agroquímicos, pigmentos, corantes, alimentos e explosivos.
O polimorfismo que existe por causa de uma diferença na embalagem de cristal é chamado de polimorfismo de embalagem. O polimorfismo também pode resultar da existência de diferentes conformadores de uma mesma molécula em polimorfismo conformacional. No pseudopolimorfismo, os diferentes tipos de cristais são o resultado de hidratação ou solvatação. Isto é mais corretamente referido como solvomorfismo, pois diferentes solventes têm diferentes fórmulas químicas. Um exemplo de um polimorfismo orgânico é a glicina, que é capaz de formar cristais monoclínicos e hexagonais. A sílica é conhecida por formar muitos polimorfos, os mais importantes dos quais são: α-quartzo, β-quartzo, tridimita, cristobalita, moganita, coesita, e stishovite. Um exemplo clássico é o par de minerais, calcite e aragonite, ambas formas de carbonato de cálcio.
Um fenômeno análogo para materiais amorfos é o poliamorfismo, quando uma substância pode assumir várias modificações amorfas diferentes.