TPU molekulārās ķēdes veido lineāru bloku struktūru, kas sastāv no mīkstiem segmentiem -oligomēriem polioliem (ar molekulmasu 1000–6000)-un cietajiem segmentiem, kas sastāv no diizocianātiem un ķēdes pagarinātājiem. Mīkstie segmenti veido 60% līdz 95% no sastāva, lai nodrošinātu elastību, savukārt cietie segmenti veido fiziskus šķērssavienojumus, izmantojot ūdeņraža saiti.
TPU uz poliestera- bāzes tiek izmantotas tādas izejvielas kā polietilēna adipāts (PEA-2000), savukārt poliētera- bāzes TPU izmanto politetrahidrofurāna ētera glikolu (PTMG). Fāzu atdalīšanas pakāpes atšķirības starp šīm abām sistēmām nodrošina, ka poliestera -bāzes tipam ir par 30% līdz 50% lielāka stiepes izturība nekā poliētera bāzes tipam.