TPU通常在80℃以上合成，异氰酸酯基与羟基的最佳比例应接近1.0。如果比例小于0.96，所得的聚合物的相对分子质量过低；相反，比例高于1.1时，由于发生交联反应，导致热塑性加工困难；当比例为0.98或稍高时，所得TPU的数均相对分子质量为40000，此时TPU的性能相当优异。

可采用不同的方法来实施反应：“一步法”是将所有组分混合后再进行反应。“预聚体法”是先将聚醚或聚酯二元醇与二异氰酸酯反应，生成端异氰酸酯基预聚物，然后再用扩链剂进行扩链。反应可间歇进行，也可在反应釜或反应挤出机中连续进行。

在大规模工业生产中，通常采用“传送带法”和“反应挤出法”。“传送带法”是将所有的原料混合并加热至液体状态后，倾倒在传送带上，在传送带上固化，然后将片状产品粉碎成颗粒状，最后将其挤出造粒。采用“反应挤出法”时，在挤出机出口处已接近完全聚合，可以直接得到均匀的粒料。

由于TPU软硬相之间的相分离和温度密切相关，因此生产过程中的热历史是极其重要的，即使采用相同的原材料，如果热历史不同，也会使最终产物的性能有很大的差异。