De moleculaire ketens van TPU vormen een lineaire blokstructuur bestaande uit zachte segmenten-oligomere polyolen (met een molecuulgewicht van 1.000–6.000)-en harde segmenten bestaande uit diisocyanaten en ketenverlengers. De zachte segmenten vormen 60% tot 95% van de samenstelling om de elasticiteit te garanderen, terwijl de harde segmenten fysieke kruis-verbindingspunten vormen door waterstofbinding.
TPU op polyester-basis maakt gebruik van grondstoffen zoals polyethyleenadipaat (PEA-2000), terwijl TPU op polyether-basis polytetrahydrofuraan-etherglycol (PTMG) gebruikt. Het verschil in de mate van fasescheiding tussen deze twee systemen heeft tot gevolg dat het op polyester-gebaseerde type een treksterkte vertoont die 30% tot 50% hoger is dan die van het op polyether gebaseerde type.