聚氨酯纤维的高弹性质和一般的弹力丝（见变形纤维）不同，它是由聚合物大分子组成和超分子结构的特点决定的。聚氨酯嵌段共聚物的大分子是由柔性很大的长链段（软链段）和刚性的短链段（硬链段）交替组成的。以软链段为基体，而硬链段分散嵌在其中，其分子结构如图所示。柔性软链段由脂肪族聚酯或聚醚组成，可以看作是一个容易伸展的弹簧;而刚性链段则是由氨基甲酸酯和脲基所组成,如同一个刚性小球。由小球把弹簧相互连接起来组成的网，是一个具有一定强度的弹性体。这两种链段以共价键连结在一起。由于软链段中每个单键围绕其相邻的单键作不同程度的内旋转，因而外形弯弯曲曲的长链段象一个杂乱的线团，它的形态不断地变化。大分子在外力作用下有很大的适应性并且长度也有很大的伸展余地，从而赋于纤维以高伸长和高弹性回复的特性。在硬链段中含有极性基团。分子间因氢键的作用而形成“区域”结构或结晶，在大分子链间起着物理交联作用，使纤维具有一定的强度。
聚氨酯纤维具有高延伸性（500～70***）、低弹性模量（20***伸长，0.04～0.12克/旦）和高弹性回复率（20***伸长，95～99%）。除强度较大外,其他物理机械性能与天然乳胶丝十分相似。它比乳胶丝更耐化学降解，具有中等的热稳定性,软化温度约在200℃以上。用于合成纤维和天然纤维的大多数染料和整理剂，也适用于聚氨酯弹性纤维的染色和整理。聚氨酯弹性纤维耐汗、耐海水并耐各种干洗剂和大多数防晒油。长期暴露在日光下或在氯漂白剂中也会褪色，但褪色程度随聚氨酯纤维的类型而不同，差异很大。
聚氨酯弹性纤维一般不单独使用，而是少量地掺入织物中。它通常有三种主要形式：①裸丝；②单层或双层包线纱；③皮芯纱或皮芯合股纱。这种纤维既具有橡胶性能又具有纤维的性能，易于纺制25～2500旦不同粗细的丝,因此广泛被用来制作弹性编织物,如袜口、家具罩、滑雪衣、运动服、医疗织物、带类、军需装备、宇航服的弹性部分等。随着人们对织物提出新的要求，如重量轻、穿着舒适合身、质地柔软等，低纤度聚氨酯弹性丝织物在合成纤维织物中所占的比例也越来越大。
