水性聚氨酯的交聯改性可分為內交聯和外交聯。這是一種通過化學交聯改性將線性分子鏈交聯成網狀結構，提高水性聚氨酯耐水性能的方法。

在內交聯改性中，通常用三官能度稍高的醇代替二醇，或者用三官能度稍高的異氰酸酯代替部分二異氰酸酯作為原料，制成具有一定交聯度和支化度的水性聚氨酯。以TMP和蓖麻油為交聯劑，制備了水性聚氨酯乳液。交聯聚氨酯薄膜的吸水率降低，力學性能得到很大提高。也有類似的研究，發現蓖麻油改性基本不容易對體系的穩定性產生不利影響，但TMP改性會增加預聚物的粘度，乳化前需要加入大量的溶劑，會增加乳液的粒徑，降低乳液的穩定性。此外，室溫下羰基和酰肼脫水交聯的改性方法也可以得到交聯型水性聚氨酯。

外交改性聚氨酯又稱水性雙組分聚氨酯，由大量的羥基和氨基組成，在主體中加入氮丙啶和異氰酸酯等交聯劑，在整個成膜過程中發生交聯反應，消耗親水基團，形成網狀結構，提高了聚氨酯的耐水性和力學性能。但是，雙組分聚氨酯的應用和儲存比較不方便。在性能合格的條件下，許多公司傾向于選用單組分交聯水性聚氨酯，這種交聯水性聚氨酯使用方便，貯存穩定性好。