TPU'nun moleküler zincirleri, yumuşak segmentlerden-oligomerik poliollerden (molekül ağırlığı 1.000–6.000)-ve diizosiyanatlardan ve zincir genişleticilerden oluşan sert segmentlerden oluşan doğrusal bir blok yapı oluşturur. Yumuşak bölümler esnekliği sağlamak için bileşimin %60 ila %95'ini oluştururken, sert bölümler hidrojen bağı yoluyla fiziksel çapraz-bağlantı noktaları oluşturur.
Polyester-bazlı TPU, polietilen adipat (PEA-2000) gibi hammaddeleri kullanırken, polieter-bazlı TPU, politetrahidrofuran eter glikol (PTMG) kullanır. Bu iki sistem arasındaki faz ayrımı derecesindeki fark, polyester-bazlı türün, polieter tabanlı türden %30 ila %50 daha yüksek bir gerilme mukavemeti sergilemesine neden olur.