השרשראות המולקולריות של TPU יוצרות מבנה בלוקים ליניארי המורכב ממקטעים רכים-פוליאולים אוליגומרים (עם משקל מולקולרי של 1,000-6,000)-ומקטעים קשים המורכבים מדיאיזוציאנטים ומאריכי שרשרת. המקטעים הרכים מהווים 60% עד 95% מההרכב כדי להבטיח גמישות, בעוד שהמקטעים הקשים יוצרים נקודות חיבור פיזיות- באמצעות קשר מימן.
TPU על בסיס-פוליאסטר משתמש בחומרי גלם כגון פוליאתילן אדיפאט (PEA-2000), בעוד ש-TPU על בסיס פוליאתר- משתמש בגליקול מסוג polytetrahydrofuran ether glycol (PTMG). ההבדל במידת הפרדת הפאזות בין שתי המערכות הללו מביא לכך שהסוג המבוסס על פוליאסטר- מציג חוזק מתיחה הגבוה ב-30% עד 50% מזה של הסוג המבוסס על פוליאתר.