聚合物和低分子量化合物不同，没有一个固定的分子量，而是不同分子量同系物的混合体系。因此聚合物分子量是一个平均值，有一个分布的概念。这种分子量的不均一性，称作聚合物的多分散性。高聚物试样的多分散性通常采用多分散系数α来表征，多分散系数是重均分子量与数均分子量的比值或者Z均分子量与重均分子量的比值。

除了有限的几种蛋白质高分子以外，无论是天然的还是合成的高聚物，分子量都是不均一的，具有多分散性，因此高聚物的分子量只有统计的意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值。对于一般的合成聚合物，可以看成是若干同系物的混合物，各同系物分子量的最小差值为一个重复单元的重量，这种差值与聚合物的分子量相比要小几个数量级，所以可当作无穷小量处理。并且同系物的种类数是一个很大的数目，因此，其分子量可看作是连续分布的。对于一定的体系，组分的分子分数和重量分数与组分的分子量有关，可把它们写成分子量的函数。

若要确切描述高聚物试样的分子量，除应给出分子量的统计平均值外（数均分子量、重均分子量、Z均分子量、粘均分子量），还应给出试样的分子量分布。分子量分布曲线、分布宽度指数和多分散系数可以描述高聚物试样的多分散性。分布宽度指数定义为各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值。多分散系数是重均分子量与数均分子量的比值或者Z均分子量与重均分子量的比值。高聚物的分子量分布可用某种函数形式来表示：Schulz-Flory最可几分布适用于线型缩聚物和双基歧化终止的自由基加聚物的分子量分布；Schulz分布适合于终止机理是双基复合而没有歧化和链转移的自由加聚物；Poisson分布适合于阴离子聚合反应得到的聚合物；高斯分布（正态分布）适合分布窄的高聚物，比较罕见；对数正态分布（Wesslau分布）；董履和分布（Tung分布）。

分子量分布与聚合物的物理机械性能和加工过程，如模塑、成膜、纺丝等都有密切的关系。因而研究分子量分布是控制和改进产品质量的一个重要因素。常用的研究方法有沉淀分级法、超速离心沉降法和凝胶渗透色谱法等。