A poliimid kiváló fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, melynek makroszkopikus megnyilvánulásai molekuláris szerkezetében szorosan összefüggenek a merev imidgyűrűkkel és az aromás vázzal. Az ilyen típusú anyagok jellemzően sárgás-barnássárga szilárd anyagok, és különféle formákká dolgozhatók fel, például filmekké, szálakká, ömlesztett anyagokká és bevonatokká, amelyek közül a poliimid filmek a legszélesebb körben használtak.
Termikus tulajdonságait tekintve a poliimid nagy termikus stabilitást és magas üvegesedési hőmérsékletet (Tg) mutat. A legtöbb fajta magas hőmérsékleten is megőrzi szerkezeti stabilitását és teljesítményintegritását, és viszonylag magas hőbomlási hőmérséklettel rendelkezik. Alacsony lineáris hőtágulási együtthatója és jó méretstabilitása hőmérséklet-változások során alkalmassá teszi a nagy pontosságot igénylő alkalmazásokhoz.
A mechanikai tulajdonságait tekintve a poliimid nagy szakítószilárdsággal és rugalmassági modulussal rendelkezik, ugyanakkor bizonyos szívóssággal és fáradással szembeni ellenállással is rendelkezik. A poliimidek különböző szerkezeti típusai merevségben és rugalmasságban különböznek, ami a molekuláris tervezéssel állítható.
Ami az elektromos tulajdonságokat illeti, a poliimid alacsony dielektromos állandóval és dielektromos veszteséggel, valamint kiváló elektromos szigetelési tulajdonságokkal rendelkezik, így stabil elektromos teljesítményt tart fenn széles frekvencia- és hőmérséklet-tartományban. Ezért széles körben használják elektronikai és elektromos szigetelési területeken.
Ezenkívül a poliimid alacsony sűrűséggel és jó sugárzásállósággal rendelkezik, ami jó stabilitást mutat az űrben és nagy{0}}energiájú környezetben. Bár bizonyos mértékig higroszkópos, a nedvességfelvétel hatása a teljesítményre bizonyos mértékig csökkenthető szerkezeti tervezéssel és anyagmódosítással.
