随着19世纪的结束，化学家们研究了原子，掌握了原子在分子内部的排列情况，并且懂得了如何制造新的分子，以合成并不天然存在于自然界的新物质，如各种染料、药物，以及合金和塑料。
早在19世纪中叶，硝酸纤维制品就已经出现。1865年英国发明家帕豪斯生产了一种由硝酸纤维、酒精、樟脑、蓖麻油等材料混合而成的，并在一定温度和压力下能熔化的物质，称为假象牙。美国人海厄特又使用硝酸纤维和樟脑制出改良的产品，于1872年命名为赛璐珞，用来制作照相底片、梳子等，很受人们欢迎。由于赛璐珞具有易燃的特点，因此导致科学家仍然在做着寻找其他新型材料的努力。
最早的合成塑料——酚醛塑料是具有比利时血统的美国化学家贝克兰发明的。他于1909年宣布，用苯酚和甲醛经缩聚反应合成酚醛树脂，再添加木粉等填料即可制得这一新型材料。酚醛塑料于1910年开始生产。酚醛树脂可塑性强，加入木粉能显著提高机械强度，加入云母粉能提高电绝缘性能，加入石棉粉能增加耐热性。由于具备上述优良性能，酚醛塑料常被用于制作各种电器制品，故又称为电木。其制品色深不透明，坚硬不怕水烫，在火焰中不易燃烧，所以又是制造许多日用品的绝好材料。酚醛树脂还可用来充当胶粘剂和层压剂。第一次世界大战以后，因苯酚不再被用作制造炸药的原料，所以酚醛塑料制品开始大量问世。但是由于苯酚主要来源于煤焦油，产量上仍受很大限制。塑料的发明，使现代生活中的物质材料随之不可避免地发生了改变。贝克兰的这项发明，也使他率先让人类开始进入塑料——化合物时代。
受到贝克兰发明的鼓舞，世界各地的科学家们加倍努力，以发明更多的“奇异的有意义的物质”。1912年科学家又发现氯乙烯能聚合，但聚合的材料无法加工。直到1928年人们才采用氯乙烯与醋酸乙烯共聚，得到具有一定塑性的聚氯乙烯塑料，并从1935年起在美国、德国等国家陆续投入工业生产。1932年科学家们又发现加入磷酸酯、甲酸酯或氯化石蜡、樟脑等增塑剂可进一步改善聚氯乙烯塑料的可塑性。1937年英国卜内门公司就是应用磷酸酯增塑剂生产聚氯乙烯塑料的著名代表。聚氯乙烯塑料具有高度的耐腐蚀性、绝缘性和一定的机械强度，在工业生产中可用作耐腐蚀的设备制造材料，如阀门、管件等。在日常生活中也可用于制作鞋底、皮包、雨衣和包装材料等。到了20世纪50年代，聚合工艺有所改进，成本也降低了，使得聚氯乙烯塑料制品的生产更加大众化。聚氯乙烯材料受热软化，冷却变硬，可多次重复利用，是最常见的热塑性塑料之一。它的产量长期在塑料品种中高居首位，直到1966年后才退到第二位。
德国和美国分别在1930年、1934年发现了聚苯乙烯。这是一种类似玻璃、质地极脆的热塑性塑料。苯乙烯曾是生产丁苯橡胶的原料，二战后，由于苯乙烯转为民用，才使得聚苯乙烯的研究有了很大发展。聚苯乙烯具有良好的绝缘性能，可用来制造电视、雷达等所需的高频绝缘部件。它成型方便，着色鲜艳，也适于制作漂亮的日用品。
1938年科学家们发现四氟乙烯也能聚合，得到有机氟塑料。它特别能耐化学腐蚀，除熔融的碱金属之外，不同任何其他化学药品发生反应，即使在王水中煮沸也不会发生变化。它在200℃时还能继续保持稳定，直到温度很高时才会软化，因此被认为是一种高级材料，号称“塑料王”。
现如今，投入工业生产的塑料有几百个品种，常用的也有60多种。其中有一些塑料经过特别的加工还会具有特殊的功用。如泡沫塑料就是在制品成型时，用机械或化学的方法使其内部产生微孔得到的。将塑料薄膜滚压在棉布上，就可以得到人造革。有些合成树脂还可制作万能胶，并能代替油漆使用。20世纪70年代由于新兴科学技术的需求，研制具有特殊性能的塑料已成为重要的发展方向。各国都在充分地利用国内自然资源，大力发展塑料生产。1970年全世界的塑料生产总量为3000万吨，到1976年就增加至4572万吨。目前在美国，有27%的塑料被用作建筑和结构材料，25%用作包装材料，医用塑料也占4.1%，其余则用于交通运输、电子电器、家具、仪器零件制造等。
总之，塑料作为一种很有前途的新型材料，将在21世纪里发挥更大的作用。