聚氨酯橡膠雖然種類很多，具有不同矽橡膠墊圈的化學結構，但可以被看作是柔性鏈段和剛性鏈段組成的嵌段聚合物。其中聚酯、聚醚或聚烯烴部分是柔性鏈段，而苯核、萘核、氨基甲酸酯基以及擴鏈後形成的脲基等是剛性鏈段。
其次，聚氨酯橡膠的交聯結構與一般橡膠不同，它不僅含有由交聯劑而構成的一級交聯橡膠製品結構(化學交聯)，而且由於結構中存在著許多內聚能較大的基團(如氨基甲酸酯基、脲基等)，它們可通過氫鍵、偶極的相互作用，在聚氨酯橡膠線型分子之間形成晶區的二級交聯(物理交聯)作用也是非常重要的，即一級交聯和二級交聯並存(完全線型的熱塑性聚氨酯橡膠則只存在二級交聯作用)。
聚氨酯橡膠的性能
聚氨酯橡膠的結構特性不僅決定了它具有寶貴的綜合物理機械性能，而且也使聚氨酯橡膠可通過改變原料的組成和相對分子質量、以及原料配比來調節橡膠的彈性、耐寒性以及模量、硬度和機械強度等性能。其通性如下：
①具有很高的拉伸強度(一般為28～42MPa，甚至可高達70MPa以上)和撕裂強度；
②彈性好。即使硬度高時，也富有較高的彈性；
③扯斷伸長率大。一般可達400%～600%，最大可達1000%；
④硬度範圍寬。最低為10(邵爾A)，大多數制品具有45～95(邵爾A)的硬度，當硬度高於70(邵爾A)時，拉伸強度及定伸應力都高於天然橡膠，當硬度達80～90(邵爾A)時，拉伸強度、撕裂強度和定伸應力都相當高；
O型環 ⑤耐油性良好。常溫下對多數油和溶劑的抗耐性優於丁腈橡膠；
⑥耐磨性極好。其耐磨性比天然橡膠高9倍，比丁苯橡膠高3倍；
⑦氣密性好。當硬度高時，氣密性可接近於丁基橡膠；
⑧耐氧、臭氧及紫外線輻射作用性能佳；
⑨耐寒性能較好。
但是，由於聚氨酯橡膠的二級交聯作用在高溫下被破壞，所以其拉伸強度、撕裂強度防水密封圈、耐油性等都隨溫度的升高而明顯下降。聚氨酯橡膠長時間連續使用的溫度界限一般只為80～90℃，短時間使用的溫度可達120℃。其次，聚氨酯橡膠雖然富於彈性，但滯後損失較大，多次變形下生熱量高。
聚氨酯橡膠的耐水性差，也不耐酸堿，長時間與水作用會發生水解。但聚醚型的耐水性優於聚酯型。
與其他橡膠相比，聚氨酯橡膠的物理機械性能是很優越的，所以一般都用於一些性能需求高的制品，如耐磨制品，高強度耐油制品和高硬度、高模量制品等。像實心輪胎、膠輥、膠帶、各種模制品、鞋底、後跟、耐油及緩衝作用密封墊圈、聯軸節等都可用聚氨酯橡膠來制造。
此外，利用聚氨酯橡膠中的異氰酸酯基與水作用放出二氧化碳的特點，可制得比水輕30多倍的泡沫橡膠，具有良好的機械性能，用於絕緣、隔熱、隔音、防震，效果良橡膠迫緊零件好。
