聚氨酯涂料体系既可以通过多个游离异氰酸基与含活性氢原子基团（如羟基和氨基）的化合物或聚合物反应固化，也可以由氨基甲酸酯类单体自身交联成膜。聚氨酯涂料在固化机理上分为单组分和双组分两类。
(1)单组分聚氨酯涂料。
①催化固化型氨酯油涂料。氨酯油涂料是先将干性油和多元醇进行酯交换，再与二异氰酸酯反应，加入钴、铅、锰等催干剂，以油脂的不饱和键在空气中干燥的涂料，双氨酯油涂料在结构上和普通的醇酸树脂相似，通过氨酯键之间互相形成氢键，形成更大的聚合物分子，加快了漆膜的干燥，同时改善了漆膜的硬度。
由于氨酯键的作用，同醇酸树脂漆比较，氨酯油涂料有更好的抗碱性和耐磨性。但如果制备氨酯油色漆，实践证明较醇酸树脂漆更易粉化和失光。氨酯油涂料主要应用于木地板清漆、船漆、底涂和设备保护性涂装领域。
②湿固化聚氨酯涂料。湿固化聚氨酯涂料在干燥过程中并不形成氨酯键，这类树脂是含-NCO端基的预聚物，在环境温度下与空气中的水分反应生成脲键固化成膜。所以，制备湿固化聚氨酯色漆的时候，如果颜料表面含有水分，就会与多异氰酸酯生成聚脲，同时生成二氧化碳，引起胶凝等漆病。一般湿固化聚氨酯涂料因为其优良的硬度和耐磨性主要应用于木地板清漆。
③封闭聚氨酯涂料。封闭型聚氨酯涂料由多异氰酸酯和多羟基树脂组成，多异氰酸酯被苯酚或其他单官能团的含活泼氢原子的物质所封闭，在加温条件下，氨酯键断裂生成异氰酸酯，再与多羟基树脂反应成膜。封闭型聚氨酯涂料一般可用于粉末涂料。
(2)双组分聚氨酯涂料（NCO/OH型）。双组分聚氨酯涂料分为甲、乙二组分。甲组分由线型或支化的含羟基树脂和添加剂组成。乙组分由适当相对分子质量的多异氰酸酯活性成分组成。含羟基树脂包括饱和聚酯、丙烯酸酯、聚醚等被广泛用于常温固化型双组分聚氨酯涂料体系。这类双组分聚氨酯涂料是所有聚氨酯涂料中应用最广泛的品种。能够应用于家具漆、地板漆、船漆以及金属防腐涂层。也同样适用于塑料涂装、橡胶产品涂装和砖石建筑涂装。近年来，丙烯酸酯与脂肪族多异氰酸酯配合的聚氨酯涂料已经在汽车修补漆领域得以使用。在颜料的选择上，湿固化聚氨酯涂料对颜料的含水率有很高的要求。在溶剂的选择上，除了氨酯油、氨酯醇酸树脂外，不能含有氢氧根离子。所以醇类、醇醚类溶剂均不能使用，只能使用芳香类、酮类和酯类溶剂。
