Il polimorfismo in biologia si verifica quando due o più fenotipi diversi esistono contemporaneamente in almeno l'1% degli individui nella stessa popolazione. Per essere classificati come tali, i polimorfismi devono occupare allo stesso tempo lo stesso habitat e appartenere ad una popolazione panmittica (cioè soggetta ad accoppiamento casuale).
Il polimorfismo è comune in natura, legato alla biodiversità, alla variabilità genetica e alla capacità di adattamento. Gli esempi più comuni sono il dimorfismo sessuale che avviene in molti organismi, le forme di mimetismo nelle farfalle, l'emoglobina umana e i gruppi sanguigni.
Il polimorfismo è conseguenza del processo evolutivo, è ereditabile, e viene modificato dalla selezione naturale. Il termine è usato anche in modo diverso dai biologi molecolari per descrivere le mutazioni puntiformi nel genotipo, come negli SNPs.