聚氨酯樹脂粒子的粒徑小于100nm，遠遠小于常規的純丙乳液和硅丙乳液的乳膠粒子，而且粒徑均勻的聚氨酯樹脂粒子含有適當的親水基團，在成膜過程中，隨著水分的揮發，它會被少量成膜助劑和水分溶脹聚氨酯微粒逐漸接觸、融合，從而形成優質涂膜。同時，較小的粒徑使得聚氨酯樹脂的成膜自由能較低，因而聚氨酯樹脂水分散體的成膜能力高于常規的純丙乳液和硅丙乳液，關鍵是還可在較低的溫度條件下成膜。

聚氨酯樹脂成膜以后，由于分子結構中的氨基甲酸酯基團易于形成分子內和分子間的氫鍵，并且因為分子結構的規整度而形成結晶，使得熱塑性聚氨酯分子中存在有較多結合力較強的物理交聯點。 因此，聚氨酯涂膠層具有很高的力學強度和很好的耐水性。

水性聚氨酯樹脂獨特的物理交聯結構，可使其形成T型的氫鍵結構、較好的結晶能力，使涂膜的分子結構非常緊密。還有就是結構中含有軟鏈段，可以保持材料的韌性。