聚氨酯树脂粒子的粒径小于100nm，远远小于常规的纯丙乳液和硅丙乳液的乳胶粒子，而且粒径均匀的聚氨酯树脂粒子含有适当的亲水基团，在成膜过程中，随着水分的挥发，它会被少量成膜助剂和水分溶胀聚氨酯微粒逐渐接触、融合，从而形成优质涂膜。同时，较小的粒径使得聚氨酯树脂的成膜自由能较低，因而聚氨酯树脂水分散体的成膜能力高于常规的纯丙乳液和硅丙乳液，关键是还可在较低的温度条件下成膜。
聚氨酯树脂成膜以后，由于分子结构中的氨基甲酸酯基团易于形成分子内和分子间的氢键，并且因为分子结构的规整度而形成结晶，使得热塑性聚氨酯分子中存在有较多结合力较强的物理交联点。 因此，聚氨酯涂胶层具有很高的力学强度和很好的耐水性。
水性聚氨酯树脂独特的物理交联结构，可使其形成T型的氢键结构、较好的结晶能力，使涂膜的分子结构非常紧密。还有就是结构中含有软链段，可以保持材料的韧性。