水性聚氨酯樹脂的形成像其他聚合物一樣，各種類型的聚氨酯的性質首先依賴于分子量、交聯(lián)度、分子間力的效應、鏈節(jié)的僵硬度以及規(guī)整性。由于在制備聚氨酯時結構可有很多變化，所以它也被認為是多變化的聚合物，可以制成熱塑性的材料，也可制成熱固性的材料。由異氰酸酯的化學反應可知，聚氨酯分子鏈中有特性的氨基甲酸酯基鏈節(jié)（——NH-COO——）、縮二脲（——NH——CO——NH——CO——NH——）、脲基甲酸脂（——NH——CO——NH——COO——）等鏈節(jié)，以及由原料引進的醚鍵，酯鍵及其他基團。聚氨酯的合成有多種途徑，但廣泛應用的是二元、多元異氰酸酯與末端含羥基的聚氨多元醇或聚醚多元醇進行反應。當只用雙官能團反應物時，可以制造線型聚氨酯：

若用含——OH或含——NCO組分的關能度市三或更多，則生成有支鏈或交聯(lián)的聚合物。最普通的交聯(lián)反應是多異氰酸酯與三官能度的多元醇反應的交聯(lián)結構：

在高溫或低溫而有催化劑存在時，氨基甲酸脂鏈節(jié)——NH——CO——NH——COO——和縮二脲——NH——CO——NH——CO——NH一都會導致發(fā)生交聯(lián)。醇與芳香族異氰酸酯的二聚體也可生成脲基甲酸脂，而導致交聯(lián)。