Łańcuchy molekularne TPU tworzą liniową strukturę blokową składającą się z miękkich segmentów-oligomerycznych polioli (o masie cząsteczkowej 1 000–6 000)-i twardych segmentów składających się z diizocyjanianów i przedłużaczy łańcucha. Miękkie segmenty stanowią od 60% do 95% kompozycji, co zapewnia elastyczność, podczas gdy twarde segmenty tworzą fizyczne-punkty sieciowania poprzez wiązania wodorowe.
TPU na bazie poliestru- wykorzystuje surowce takie jak adypinian polietylenu (PEA-2000), natomiast TPU na bazie polieteru- wykorzystuje glikol eterowy politetrahydrofuranu (PTMG). Różnica w stopniu rozdzielenia faz pomiędzy tymi dwoma systemami powoduje, że typ na bazie poliestru-wykazuje wytrzymałość na rozciąganie o 30% do 50% wyższą niż typ na bazie polieteru.