自由基乳液聚合 典型的乳液体系含水、单体、引发剂和乳化剂(皂)。常用引发剂有:过硫酸钾、过氧化二苯甲酰、对异丙苯过氧化氢和偶氮二异丁腈。调节剂为硫醇，主要起链转移作用，可调节分子量。乳液聚合不能得到结构规整的聚丁二烯。例如，丁二烯于5~50℃进行乳液聚合,所得聚合物的微观结构如下:顺式-1,4占13%~19%;反式-1,4占69%~62%;1,2结构占17%~19%。

负离子聚合 最老的方法是用钠作催化剂，德国和苏联都生产过丁钠橡胶;美国用丁基锂生产聚丁二烯。由于用烷基锂容易控制引发过程，广泛用来研究丁二烯的负离子聚合。用金属锂或丁基锂在烃类溶剂中聚合得到的聚丁二烯中，顺式-1,4结构含量约为35%，可用于生产低顺丁橡胶;而在四氢呋喃溶液中主要形成1,2结构。

配位聚合 用齐格勒-纳塔催化剂可合成出不同立体结构的聚丁二烯(见配位聚合)。工业上重要的催化剂有四种:钛、钴、镍和稀土催化剂体系。①钛催化剂:采用TiI4与AlR3或 TiCl4与AlI3-AlH3-mXm(X为卤素),可制得高顺式聚丁二烯, 但催化剂用量较大, 凝胶较多。不含碘的钛催化剂得不到高顺式聚丁二烯。TiCl4与CdR2可得高反式-1,4-聚丁二烯，而Ti(OR)4与AlR3可得高全同1,2-聚丁二烯;改变烷基金属或配位体可得到完全不同的结构。钛系催化剂最先被工业上采用,所得聚丁二烯中顺式-1,4结构的含量为90%~94%。②钴催化剂:钴盐和氯化二乙基铝可形成均相催化剂，用水或氧作活化剂。催化效率有的可达105克聚丁二烯/克钴，顺式结构的含量，高的可达99%。③镍催化剂:虽然开发较晚，但它是工业化的优良催化剂，由环烷酸镍、三氟化硼和三烷基铝组成,聚合可在脂肪烃中进行。当 Al/B(摩尔比)为0.3~0.7时活性最高。在庚烷中制备的聚合物, 其分子量约比在甲苯中制备的高一倍。顺式结构的含量达98%。④稀土催化剂:这是中国发展的一个体系，是由环烷酸稀土〔Ln(naph)3〕、氯化二乙基铝和三异丁基铝组成的三元体系，均用脂肪烃作溶剂。所得聚丁二烯的顺式-1,4结构的含量可达99%,分子量可达数百万,分子量分布宽。在意大利曾采用烷氧基稀土三元体系和铀系催化剂均已合成高顺式聚丁二烯。此外，用钒催化剂可合成高反式聚丁二烯。钒、铬和钼催化剂在一定条件下可合成1,2-聚丁二烯。不同配位催化剂所得聚丁二烯的微观结构见表2。