聚氨酯的性能，歸根結底受大分子鏈的形態結構所影響。特別是聚氨酯彈性體材料，軟段和硬段的相分離對聚氨酯的性能至關重要，聚氨酯的獨特的柔韌性和寬范圍的物性可用兩相形態學來解釋。聚氨酯材料的性能在很大程度上取決于軟硬段的相結構及微相分離程度。適度的相分離有利于改善聚合物的性能。

從微觀形態結構看，在聚氨酯中，強極性和剛性的氨基甲酸酯基等基團由于內聚能大，分子間可以形成氫鍵，聚集在一起形成硬段微相區，室溫下這些微區呈玻璃態次晶或微晶；極性較弱的聚醚鏈段或聚酯等鏈段聚集在一起形成軟段相區。軟段和硬段雖然有一定的混溶，但硬段相區與軟段相區具有熱力學不相容性質，導致產生微觀相分離，并且軟段微區及硬段微區表現出各自的玻璃化溫度。軟段相區主要影響材料的彈性及低溫性能。硬段之間的鏈段吸引力遠大于軟段之間的鏈段吸引力，硬相不溶于軟相中，而是分布其中，形成一種不連續的微相結構，常溫下在軟段中起物理交聯點的作用，并起增強作用。故硬段對材料的力學性能，特別是拉伸強度、硬度和耐撕裂強度具有重要影響。這就是聚氨酯彈性體中即使沒有化學交聯，常溫下也能顯示高強度、高彈性的原因。聚氨酯彈性體中能否發生微相分離、微相分離的程度、硬相在軟相中分布的均勻性都直接影響彈性體的力學性能。

實際上，前面提到的軟段、硬段分子結構、分子量等因素也影響聚氨酯的相分離。例如，聚氧化丙烯型聚氨酯由于軟段的極性與硬段相差大，相分離明顯，溶解在軟段中的硬段少，即軟段中的“交聯點”少，也是強度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。