Chuỗi phân tử của TPU tạo thành cấu trúc khối tuyến tính bao gồm các đoạn mềm-polyol oligomeric (có trọng lượng phân tử 1.000–6.000)-và các đoạn cứng bao gồm diisocyanate và chất mở rộng chuỗi. Các phân đoạn mềm chiếm từ 60% đến 95% thành phần để đảm bảo tính đàn hồi, trong khi các phân đoạn cứng tạo thành các điểm liên kết chéo vật lý thông qua liên kết hydro.
TPU dựa trên polyester{0}}sử dụng các nguyên liệu thô như polyetylen adipate (PEA-2000), trong khi TPU dựa trên polyether-sử dụng polytetrahydrofuran ether glycol (PTMG). Sự khác biệt về mức độ phân tách pha giữa hai hệ thống này dẫn đến loại dựa trên polyester-có độ bền kéo cao hơn 30% đến 50% so với loại dựa trên polyether.