Το πολυιμίδιο έχει εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες, οι μακροσκοπικές εκδηλώσεις των οποίων σχετίζονται στενά με τους άκαμπτους δακτυλίους ιμιδίου και την αρωματική ραχοκοκαλιά στη μοριακή του δομή. Αυτός ο τύπος υλικού είναι συνήθως ένα κίτρινο έως καφέ-κίτρινο στερεό και μπορεί να υποστεί επεξεργασία σε διάφορες μορφές όπως μεμβράνες, ίνες, χύδην υλικά και επικαλύψεις, με τα φιλμ πολυιμιδίου να είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα.
Όσον αφορά τις θερμικές ιδιότητες, το πολυιμίδιο εμφανίζει υψηλή θερμική σταθερότητα και υψηλή θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου (Tg). Οι περισσότερες ποικιλίες διατηρούν τη δομική σταθερότητα και την ακεραιότητα απόδοσης ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες και έχουν σχετικά υψηλή θερμοκρασία θερμικής αποσύνθεσης. Ο χαμηλός συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής και η καλή σταθερότητα διαστάσεων κατά τις αλλαγές θερμοκρασίας το καθιστούν κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, το πολυιμίδιο έχει υψηλή αντοχή εφελκυσμού και μέτρο ελαστικότητας, ενώ παρουσιάζει επίσης κάποια σκληρότητα και αντοχή στην κόπωση. Διαφορετικοί δομικοί τύποι πολυιμιδίου παρουσιάζουν διαφορές στην ακαμψία και την ευκαμψία, οι οποίες μπορούν να προσαρμοστούν μέσω του μοριακού σχεδιασμού.
Όσον αφορά τις ηλεκτρικές ιδιότητες, το πολυιμίδιο έχει χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και διηλεκτρικές απώλειες, καθώς και εξαιρετικές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης, διατηρώντας σταθερή ηλεκτρική απόδοση σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων και θερμοκρασίας. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά πεδία μόνωσης.
Επιπλέον, το πολυιμίδιο εμφανίζει χαμηλή πυκνότητα και καλή αντίσταση στην ακτινοβολία, επιδεικνύοντας καλή σταθερότητα στο διάστημα και σε περιβάλλοντα υψηλής- ενέργειας. Αν και εμφανίζει κάποια υγροσκοπικότητα, η επίδραση της απορρόφησης υγρασίας στην απόδοση μπορεί να μειωθεί σε κάποιο βαθμό μέσω του δομικού σχεδιασμού και της τροποποίησης του υλικού.
