Die Metallocenpolymerisation ist einer der dynamischsten Bereiche in der Welt der Polymere, da es sich um das neueste Verfahren zur Herstellung von Vinylpolymeren seit der Erfindung des Ziegler-Natta-Verfahrens handelt.
Mit den neuen Katalysatoren können Polyolefine bisher unerreichte Leistungsniveaus erreichen. So ist es beispielsweise möglich, lineare Polymere mit extrem hohem Molekulargewicht (6 bis 8 Millionen) zu synthetisieren und damit teurere technische Thermoplaste wie Kevlar zu ersetzen. Mit Metallocen-Katalysatoren ist es außerdem möglich, in einer einzigen Reaktionseinheit elastomere Polyolefine herzustellen. Der Grad der Kontrolle über die Taktizität der Produkte ist sehr hoch, einschließlich der Möglichkeit, die verschiedenen Formen in einem einzigen Reaktor herzustellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Metallocen ein Komplex ist, der aus einem positiv geladenen Metallion besteht, das zwischen zwei (negativ geladenen) Anionen der Cyclopentadienyl-Familie eingebettet ist.
Das Cyclopentadienyl-Anion ist das Ergebnis der Stabilisierung eines Cyclopentadien-Moleküls, eines geschlossenen Rings mit 5 Kohlenstoffatomen, wie in Abbildung 3.8 dargestellt:
Abbildung 3.8: 
Anhand der farblichen Unterscheidung ist zu erkennen, dass eines der Kohlenstoffatome an zwei Wasserstoffatome gebunden ist, während die anderen vier Kohlenstoffe nur an ein Wasserstoffatom gebunden sind. Die beiden zuerst genannten Wasserstoffatome sind an ein Kohlenstoffatom gebunden, das relativ wenig Elektronen zur Verfügung hat (es ist über Einfachbindungen an die benachbarten Kohlenstoffe im Ring gebunden) und daher gierig nach ihnen ist. Diese Gier führt dazu, dass sich die gemeinsamen Wasserstoffatome zu den Wasserstoffatomen hingezogen fühlen und diese folglich sauer sind.
Die sauren Wasserstoffatome gehen schwache Bindungen mit dem Kohlenstoff ein, und eines der H-Atome lässt sich leicht ablösen, wobei das Elektron aus der kovalenten Bindung im Ring zurückbleibt:
Abbildung 3.9: Cyclopentadienyl-Anion durch Dehydrierung von Cyclopentadien
Das Cyclopentadienyl-Anion weist eine Besonderheit auf, die in Abbildung 3.9 dargestellt ist: Das Elektronenpaar, das nach dem Austritt des Hydrogenions in den Ring eingebaut wird, wird zu den 4 Elektronen der zweiten Bindungen der olefinischen Paare im Ring hinzugefügt, um eine Gruppe von 6 Elektronen zu erreichen. Diese Gruppe von Elektronen definiert einen aromatischen Ring und damit eine sehr hohe Stabilität.
Wenn ein Kation mit zwei positiven Ladungen zu einem Paar Pentadienyls hinzugefügt wird, bildet sich ein ladungsneutrales Sandwich (Abbildung 3.10). Handelt es sich bei dem Kation beispielsweise um Fe++, bildet sich eine Metallocengruppe namens Ferrocen.
Abbildung 3.10: Ferrocen
Wenn ein Kation mit mehr Ladungen beteiligt ist, wie z. B. Zr+4, sind mehr Anionen erforderlich, um die Ladungen der Gruppe auszugleichen, die sich aus der Addition des Metallkations zu den beiden Cyclopentadienylen ergibt. In der Regel werden dem Zr+4 zwei Chloridanionen mit jeweils negativer Ladung hinzugefügt, um das erste der Metallocene zu bilden, die als Katalysatoren für Vinylpolymerisationen verwendet werden können, das so genannte Zirkonocen oder Zirconocen (genauer gesagt Bis-Chlorocyrconocen, Abbildung 3.11):
Abbildung 3.11: Bis-Chlorocyrconocen
Die Zirkonocene unterscheiden sich erheblich von den Ferrocenen, angefangen bei der Anwesenheit von Chloratomen. Diese sind relativ voluminös und haben nur sehr wenig Platz zwischen den beiden Cyclopentadienylringen, die, um Platz zu schaffen, schräg (nicht parallel) angeordnet sind und sich wie eine Muschel öffnen (Abbildung 3.12). Im Allgemeinen sind die Cyclopentadienylringe gekippt, wenn das Sandwich mit Metallkationen mit Ladungen größer als 2 gebildet wird. Diese Öffnung ist in einem Schema dargestellt:
Abbildung 3.12: durch das Volumen der Cl-Atome
An dieser Stelle ist es zweckmäßig, das Konzept einzuführen, dass es aus Gründen, die später deutlich werden, von großer Bedeutung und wünschenswert ist, Modifikationen an den Cyclopentadienylringen wie in der nachstehenden Struktur vorzunehmen:
Abbildung 3.13: Ethylenbrücke und aromatische Ringe in der Metallocengruppe
Die Unterschiede zwischen dieser Struktur und der der Bis-Chlorcylconocene sind folgende:
An jeden Cyclopentadienylring wurde eine aromatische Gruppe mit sechs Kohlenstoffatomen angefügt, die in Abbildung 3.13 rot dargestellt ist. Die resultierende Gruppe, die durch die Verschmelzung des aromatischen Rings mit fünf Kohlenstoffatomen mit dem aromatischen Ring mit sechs Kohlenstoffatomen entsteht, wird als Indenylgruppe bezeichnet, wobei zwei Kohlenstoffatome gemeinsam vorhanden sind. Außerdem entsteht zwischen den beiden ersetzten Cyclopentadienylgruppen eine Ethylenbrücke, die in der letzten Abbildung blau dargestellt ist.
Diese beiden Modifikationen sind grundlegend für die katalytische Aktivität von Metallocen bei der Herstellung isotaktischer Polymere. Die sperrigen Indenylgruppen, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie in der obigen Abbildung dargestellt, leiten die Monomermoleküle in Richtung des Metalls und bestimmen die Ausrichtung der anhängenden Gruppen des Monomers. Auf diese Weise ermöglichen sie es den Monomer-Anhängergruppen, sich so anzuordnen, dass ein isotaktisches Produkt entsteht. Die Ethylenbrücke wiederum hält die Indenylgruppen in der gezeigten Position und verhindert, dass sie sich drehen und in eine relative räumliche Anordnung gebracht werden, die die Isotaktizität des Polymers nicht zulässt.