En science des matériaux, le polymorphisme est la capacité d'un matériau solide à exister sous plus d'une forme ou structure cristalline. Le polymorphisme peut être trouvé dans n'importe quel matériau cristallin, y compris les polymères, les minéraux et les métaux. Il est lié à l'allotropie, qui fait référence aux éléments chimiques. La morphologie complète d'un matériau est décrite par le polymorphisme et d'autres variables telles que l'habitus cristallin, la fraction amorphe ou les défauts cristallographiques. Le polymorphisme est important dans des domaines tels que les produits pharmaceutiques, les produits agrochimiques, les pigments, les colorants, les aliments et les explosifs.
Le polymorphisme qui existe en raison d'une différence dans l'empaquetage des cristaux est appelé polymorphisme d'empaquetage. Le polymorphisme peut également résulter de l'existence de différents conformateurs d'une même molécule dans le polymorphisme conformationnel. Dans le pseudopolymorphisme, les différents types de cristaux sont le résultat d'une hydratation ou d'une solvatation. On parle plutôt de solvomorphisme, car les différents solvates ont des formules chimiques différentes. Un exemple de polymorphe organique est la glycine, qui est capable de former des cristaux monocliniques et hexagonaux. La silice est connue pour former de nombreux polymorphes, dont les plus importants sont : α-quartz, β-quartz, tridymite, cristobalite, moganite, coésite et stishovite. Un exemple classique est la paire de minéraux, la calcite et l'aragonite, toutes deux formes de carbonate de calcium.
Un phénomène analogue pour les matériaux amorphes est le polyamorphisme, lorsqu'une substance peut prendre plusieurs modifications amorphes différentes.