Самоорганиза́ция полиме́ров, самоупорядочение и/или самосборка полимерных цепей в двух- или трёхмерные структуры, часто имеющие фрактальное иерархическое строение и характеризующиеся несколькими масштабами длин. Самоорганизация полимеров происходит при взаимодействии с окружающей средой и наблюдается как в природных, так и в синтетических полимерах. Упорядочение может происходить на уровне одиночных цепей (глобулы) или на уровне нескольких цепей (мицеллы, везикулы, фибриллы). Регулярные структуры при самоорганизации полимеров образуются без принудительного регулирования вследствие молекулярного «узнавания», обусловленного нековалентными взаимодействиями – электростатическим, гидрофобным, а также путём образования водородных связей.

Наиболее простой пример самоорганизации полимеров – образование коллоидных частиц (мицелл или глобул) из амфифильных полимеров. Структура этих частиц состоит из нерастворимого в выбранном растворителе ядра, окружённого стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя. К самоорганизации полимеров относятся также переход в жидкокристаллическое состояние при повышении концентрации раствора, кристаллизация под влиянием механических воздействий, формирование агрегатов в блок-сополимерах и наноразмерных структур ДНК. В живых тканях возникают такие упорядоченные структуры, как различные двойные слои, везикулярные (пузырьковые) структуры типа липосом, состоящие из одной (моноламелярные) или многих (мультиламелярные) липидных бимолекулярных мембран. К самоорганизации полимеров относят вторичную структуру белков и третичную структуру белков и РНК. Регулярные формы образуют также более крупные, макромолекулярные структуры типа вирусов. Аналогичные структурные превращения происходят в полимероподобных червеобразных мицеллах.

Самоорганизация полимеров может иметь как кинетический характер, т. е. существовать только под воздействием внешних факторов, так и термодинамически равновесный, которому свойственна устойчивость мицеллярной фазы при постоянной температуре или устойчивость жидкокристаллического порядка в умеренно концентрированных растворах жесткоцепных полимеров.

Самоорганизация полимеров играет важную роль в биологических процессах, обусловливая работоспособность клеточных мембран, а также при формировании функциональных материалов, структура и свойства которых зависят от изменения внешних условий.