力学性能因为聚氨酯原料和配方的可多样化，由水性聚氨酯也可以制得从软质到硬质的干膜，不同的种类其强度性质亦不相同。

一般而言，水性聚氨酯的固态强度比溶剂型聚氨酯制品强度差，但是通过原料、配方、工艺的选取，可以使水性聚氨酯的性能和溶剂型相提并论。

聚氨酯乳液成膜物的力学性能主要包含拉伸强度、断裂伸长率和硬度。聚氨酯分子的结构和分子量的大小对成膜物的力学性能起决定性作用。聚酯型聚氨酯的机械强度随聚酯分子链的增加而增加，聚醚型聚氨酯的机械强度则随聚醚分子链的增加而降低，其断裂伸长率却随之而增加。一般来说，PU体系中硬链段的比例提升，也会提高涂层硬度和拉伸强度，降低涂层的弹性。提升亲水扩链剂（如二羟甲基丙酸)的浓度，提升PU体系中硬链段的浓度，扩链剂的浓度（如1,4-丁二醇），都能够提升涂层机械强度。通过调节一NCO基和一OH基（物质的量比）的比例，控制PU预聚物的分子量，也会影响到涂层机械强度。若预聚物的分子量降低，会降低涂膜的交联密度，降低涂膜的玻璃化温度，降低涂层的硬度和拉伸强度，而增加涂层的弹性模量。提升扩链剂（如1,4-丁二醇）浓度，会增加PU硬链段的浓度，提升涂层的玻璃化温度。

通常PU体系因为氢键作用促使硬链段之间相互聚集，使硬链段与软链段之间产生微相分离，进而影响涂层的玻璃化温度和力学性能，而PU软链段（聚多元醇）的分子量和类型会影响到PU体系的氢键作用力大小。通常内酯（聚乙二醇-甲基-戊内酯）比酯基（如聚酯树脂）与一NH一基形成的氢键强。带有甲基侧链的多元醇会影响到PU软链段的柔顺性，使之涂层玻璃化温度上升，提高涂层的力学性能。