Las cadenas moleculares del TPU forman una estructura de bloques lineal que consta de segmentos blandos-polioles oligoméricos (con un peso molecular de 1000 a 6000)-y segmentos duros compuestos de diisocianatos y extensores de cadena. Los segmentos blandos constituyen del 60 % al 95 % de la composición para garantizar la elasticidad, mientras que los segmentos duros forman puntos de reticulación física-a través de enlaces de hidrógeno.
El TPU basado en poliéster- utiliza materias primas como adipato de polietileno (PEA-2000), mientras que el TPU basado en poliéter- emplea politetrahidrofurano éter glicol (PTMG). La diferencia en el grado de separación de fases entre estos dos sistemas da como resultado que el tipo basado en poliéster- exhiba una resistencia a la tracción que es entre un 30% y un 50% mayor que la del tipo basado en poliéter.