聚酰亚胺的大分子主链中含有大量的含氮五元杂环和芳环，为一种半梯形环链聚合物，同时主链中含有一定数量的醚键，总体结果为分子呈较大刚性；由于芳杂环的共轭效应使其具有优良的稳定性及耐热性；不同品种聚酰亚胺的分子对称性不同，聚酰亚胺有结晶型和无定形两种；由此可见，聚酰亚胺结构上的多样性和独特性，在各个方面均显示出了极为突出的性能，主要性能特点概述如下。
(1)力学性能
未填充的聚酰亚胺PI塑料拉伸强度均在100MPa以上，有些品种可达200MPa以上，而作为刚性力学指标的拉伸弹性模量高达3—4GPa，纤维增强后高达200GPa，优于其他工程塑料。此外，PI还具有优良的耐蠕变性和耐磨性，可作为耐热、耐磨工程塑料使用。
(2)热性能
聚酰亚胺的耐高温性突出，均苯型PI的热分解温度高达600℃，是迄今为止热稳定性**的聚合物品种。PI的热变形温度高达360℃，能在-269～400。C间保持较高的力学性能，长期使用温度为-240—260℃，可在250℃下连续使用70 000h。
(3)电性能
聚酰亚胺分子结构虽然存在一定数量极性基团，如羰基、胺基、醚键等，但由于刚性大，结构对称，能形成共轭，使极性受到很大削弱和限制，因而电绝缘性十分优良，体积电阻率为1000000000000000000Ω·cm，介电损耗为0.003，这些性能在较宽的温度范围和高低频电场下仍能保持稳定。
(4)阻燃性
聚酰亚胺为难燃自熄性聚合物，发烟量低。
(5)卫生性
聚酰亚胺PI无毒，用来制造餐具和医用器具，经得起数千次消毒。一些聚酰亚胺品种还具有很好的生物相容性。
(6)化学性能
聚酰亚胺PI具有优良的耐油及溶剂性、耐稀酸，但耐碱性不佳。在强的硫酸和发烟硝酸等强氧化剂作用下会发生氧化降解。一般的PI品种耐水性较差，这看似缺点，却赋予PI可利用碱性水解回收原料二酐和二酸的环保性能。此外，改变结构也能得到耐水PI品种，经得起120℃、500h水煮。
(7)耐辐射性
聚酰亚胺P1分子链中存在大量的芳环结构使其吸收射线的能力很强，具有很高的耐辐射性。如聚酰亚胺薄膜在5×107Gy剂量辐射后，强度仍保持86％。
