异氰酸酯与含羟基化合物的反应是聚氨酯合成中最常见的反应。反应式如下：

             RNCO+Rˊ—OH→RNHCOORˊ

                      氨基甲酸酯

   异氰酸酯基与羟基的反应产物为氨基甲酸酯。有研究表明，异氰酸酯与羟基的反应是二级反应，反应速率常数随着羟基含量而变化，不随异氰酸酯浓度而改变。

多元醇与多异氰酸酯生成聚氨基甲酸酯。以二元醇与二异氰酸酯的反应为例，反应式如下：    nOCN—RNCO+nHO—Rˊ—OH→

  ﹋ [CONH—R—NHCO—ORˊ—O]n﹋

上述反应中，R表示异氰酸酯核基，Rˊ一般为长链聚酯或聚醚，也可以是小分子烷基、聚丁二烯等。

若反应物中的异氰酸酯基过量，异氰酸酯基与羟基的摩尔比大于1.则得到的是端基为NCO的聚氨酯预聚体，弹性体、胶粘剂、涂料、泡沫塑料等的制备都涉及聚氨酯预聚体的制备。若反应混合物中羟基与异氰酸酯基等摩尔，理论上生成分子量∞的高聚物。不过由于体系中可能存在的微量水分、催化性杂质及单官能度杂质的影响，聚氨酯的分子量一般为数万到十多万。若羟基过量，则得到的是端羟基聚氨酯，可用于聚氨酯胶粘剂的主剂及混炼型聚氨酯弹性体生胶等。

  异氰酸酯与羟基化合物的反应活性受各自分子结构的影响。异氰酸酯与羟基化合物的反应中，各类羟基的反应活性大小顺序为：伯羟基＞仲羟基＞叔羟基，它们与异氰酸反应的相对速率分别为1.0,0.3,0.01.这主要是羟基化合物的位阻效应和极性因素引起的。同一类型的醇，其反应活性也不同，这是由于在反应中受醇本身的结构、反应物浓度、异氰酸酯指数、微量酸碱等因素的影响。对于官能度相同的多羟基化合物，分子量小的反应速率大；羟基含量相同的情况，官能度大的速率大，反应物粘度增加快。下表为不同的低聚物二醇与MDI的反应速率常数。

有表中可看出，由于伯羟基与仲羟基的反应活性不同，含端伯羟基聚酯二醇及聚四氢呋喃二醇的反应速度是端基为仲羟基的聚氧化丙烯二醇的10倍左右。