應用統計方法研究高分子反應的機理及其與鏈結構關係的理論。高分子化合物是由許多個相同的或幾種不同的結構單元連接而成的。一般來說，高分子的分子量都具有多分散性，所以統計方法一直被認為是處理高分子反應的有力工具。
分子量分佈 表徵高分子鏈結構的重要參量。選用適當的數學模型，通過統計分析或解微觀動力學方程組的方法可以得到相應的分子量分佈函數。例如，在縮聚反應中，假定每個官能團在反應應中具有相同的反應活性，即可得到以下的最可幾分佈：Nx＝Px-1(1－P)，式中Nx是反應產物中聚合度為x的高分子的摩爾分數；P為反應程度。上式也可寫成以重量分數表示的函數形式：Wx＝x(1-P)2Px-1，式中Wx是反應產物中聚合度為x的高分子的重量分數。所得到的分佈函數能否與實驗曲線相接近，則要取決於所選用的數學模型與反應機理接近到何種程度。上述方法也可用來處理非線型縮聚物的分佈，但是相同聚合度的非線型縮聚物在三維空間存在著不同的構型，因而需要在異構聚合物的表達式中乘以組合因子，這樣就使分佈函數變得較為復雜而不便於應用。20世紀80年代，已把註意力轉到非線型高分子的平均分子量的研究上。
經典凝膠化理論 高分子反應統計理論的重要組成部分。在理論處理上，可以把凝膠高聚物看作無窮大的分子，並將它分成許多環，如果第i+1個環的交聯點與i個環的交聯點的數目的比值等於1，這種情況就是凝膠化產生的臨界條件；另外，還可以把重均分子量趨於無窮大當作凝膠化條件。80年代的工作集中在凝膠化理論的應用和凝膠化後行為的研究，後者的目的是解決溶膠分數與有效交聯密度、彈性模量的關系，屬於結構與性能的研究范圍。
共聚理論 早期是以競聚概念為基礎的，它解決瞭共聚物的組成問題。但是，同樣組成的共聚物可因鏈段分佈不同而具有不同的性質，這樣就使共聚理論逐步發展到利用統計方法來推算共聚物的組成、鏈段的數均和重均長度，二元及三元組濃度等結構參數的階段。另外，還可以用類似的方法計算定向聚合物的構型序列分佈。
交聯和裂解 由於交聯高分子的性能對化學結構的依賴性比較敏感，這方面的研究已成為很活躍的領域。利用統計方法可以排除某些物理模型，使研究在分子水平上進行。關於裂解反應的研究，由於其機理過分復雜，在有效地利用統計理論方面還存在著困難。