TPU:n synteesimenetelmät voidaan jakaa kahteen luokkaan liuottimien läsnäolon tai puuttumisen perusteella: liuotinvapaa bulkkipolymerointi ja liuotinpohjainen liuospolymerointi. Bulkkipolymerointi voidaan jakaa edelleen yksivaiheisiin ja esipolymeerimenetelmiin reaktiovaiheiden mukaisesti. Yksivaiheisessa menetelmässä sekoitetaan samanaikaisesti oligomeeridioleja, di-isosyanaatteja ja ketjunjatkajia. Yksivaiheinen prosessi on yksinkertainen ja helppokäyttöinen, mutta sen reaktiolämpöä on vaikea poistaa ja sivureaktiot ovat alttiita esiintymään. Polyesteripohjainen termoplastinen polyuretaanielastomeeri syntetisoitiin yksivaiheisella menetelmällä. Ensin kaavamäärä polyesteripolyolia ja ketjunjatkajaa, butaanidiolia, punnittiin reaktorissa ja kuumennettiin 120 asteeseen tyhjiökuivausta varten. Lisää nopeasti esilämmitetty ja sekoita nopeasti tasaiseksi, kaada se esilämmitettyyn astiaan, tyhjiöpaista 120 asteessa ja jäähdytä sitten 100 asteeseen, jolloin saadaan vaaleankeltainen läpikuultava polyuretaanituote. Purista se jälkeenpäin koekappaleiksi litteällä puristimella, ja valmistetulla TPU:lla on korkeat mekaaniset ja vaimennusominaisuudet.
Esipolymeerimenetelmään kuuluu oligomeeridiolien ja di-isosyanaattien reaktio, jota seuraa synteesi kuivaketjunjatkajalla pienessä määrässä katalyyttiolosuhteita. Esipolymeerimenetelmän prosessi tuotannossa on monimutkainen, kuluttaa paljon energiaa ja valmistetun esipolymeerin viskositeetti on korkea, mikä vaikeuttaa prosessin toimintaa. Esipolymeerillä on kuitenkin vähemmän sivureaktioita ja tuloksena oleva tuote toimii paremmin kuin yksivaiheinen menetelmä.
Reaktioprosessin jatkuvuuden mukaan se voidaan jakaa jaksoittaiseen menetelmään ja jatkuvaan menetelmään. Jaksottaiseen menetelmään yleisesti käytettyjä tuotantolaitteita ovat automatisoidut kaatolaitteet, kovetusuunit, murskausvasarat, suulakepuristimet jne., joilla on alhainen tuotantotehokkuus, epätasainen tuotteen laatu ja jotka eivät sovellu laajamittaiseen tuotantoon. Siksi jatkuvia tuotantoprosesseja ja laitteita on tutkittu sekä kotimaassa että kansainvälisesti. Jatkuva menetelmälaitteisto on reaktioekstruusiotuotantolinja, joka sisältää pääasiassa raaka-aineen varastosäiliöt, kaatokoneet, rinnakkaiset kaksoisruuviekstruuderit, vedenalaiset rakeistimet, erotus- ja kuivauslaitteet sekä pakkauslaitteet. Kaksoisruuvin jatkuva reaktioekstruusiomenetelmä on tällä hetkellä yleisin tuotantoprosessi, jolla on korkea tuotantotehokkuus ja vakaa tuotteen laatu, joka soveltuu laajamittaiseen tuotantoon. Sitä voidaan käyttää pinnoitteisiin, elastomeereihin ja liimoihin.