水性聚氨酯树脂的形成像其他聚合物一样，各种类型的聚氨酯的性质首先依赖于分子量、交联度、分子间力的效应、链节的僵硬度以及规整性。由于在制备聚氨酯时结构可有很多变化，所以它也被认为是多变化的聚合物，可以制成热塑性的材料，也可制成热固性的材料。由异氰酸酯的化学反应可知，聚氨酯分子链中有特性的氨基甲酸酯基链节（——NH-COO——）、缩二脲（——NH——CO——NH——CO——NH——）、脲基甲酸脂（——NH——CO——NH——COO——）等链节，以及由原料引进的醚键，酯键及其他基团。聚氨酯的合成有多种途径，但广泛应用的是二元、多元异氰酸酯与末端含羟基的聚氨多元醇或聚醚多元醇进行反应。当只用双官能团反应物时，可以制造线型聚氨酯：

若用含——OH或含——NCO组分的关能度市三或更多，则生成有支链或交联的聚合物。最普通的交联反应是多异氰酸酯与三官能度的多元醇反应的交联结构：

在高温或低温而有催化剂存在时，氨基甲酸脂链节——NH——CO——NH——COO——和缩二脲——NH——CO——NH——CO——NH一都会导致发生交联。醇与芳香族异氰酸酯的二聚体也可生成脲基甲酸脂，而导致交联。