1、全芳香聚醯亞胺按熱重分析，其開始分解溫度一般都在500℃左右。由聯苯二酐和對苯二胺合成的聚醯亞胺，熱分解溫度達到600℃，是迄今聚合物中熱穩定性最高的品種之一。
2、聚醯亞胺可耐極低溫，如在－269℃的液態氦中不會脆裂。
3、聚醯亞胺具有優良的機械性能，未填充的塑料的抗張強度都在100Mpa以上，均苯型聚醯亞胺的薄膜（Kapton）為170Mpa以上，而聯苯型聚醯亞胺（UpilexS）達到400Mpa。作為工程塑料，彈性膜量通常為3－4Gpa，纖維可達到200Gpa，據理論計算，均苯二酐和對苯二胺合成的纖維可達500Gpa，僅次於碳纖維。
4、一些聚醯亞胺品種不溶於有機溶劑，對稀酸穩定，一般的品種不大耐水解，這個看似缺點的性能卻使聚醯亞胺有別於其他高性能聚合物的一個很大的特點，即可以利用鹼性水解回收原料二酐和二胺，例如對於Kapton薄膜，其回收率可達80％－90％。改變結構也可以得到相當耐水解的品種，如經得起120℃，500小時水煮。
5、聚醯亞胺的熱膨脹係數在2×10-5－3×10-5℃，廣成熱塑性聚醯亞胺3×10-5℃，聯苯型可達10-6℃，個別品種可達10-7℃。
6、聚醯亞胺具有很高的耐輻照性能，其薄膜在5×109rad快電子輻照後強度保持率為90％。
7、聚醯亞胺具有良好的介電性能，介電常數為3.4左右，引入氟，或將空氣納米尺寸分散在聚醯亞胺中，介電常數可以降到2.5左右。介電損耗為10-3，介電強度為100－300KV/mm。這些性能在寬廣的溫度範圍和頻率範圍內仍能保持在較高的水平。
8、聚醯亞胺是自熄性聚合物，發煙率低。
9、聚醯亞胺在極高的真空下放氣量很少。
10、聚醯亞胺無毒，可用來製造餐具和醫用器具，並經得起數千次消毒。有一些聚醯亞胺還具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性實驗為非溶血性，體外細胞毒性實驗為無毒。
近年來，高性能PI 薄膜又成為微電子製造與封裝的關鍵材料，廣泛應用於超大規模集成電路的製造、自動接合載帶（TAB）、柔性封裝基板、柔性連接帶線等方面。