雖然利用多元醇或多異氰酸酯可以制備輕度交聯的聚氨酯，但此法兩個交聯點間的相對分子質量不宜大于4000，否則體系粘度太大，成膜性也會下降。水性聚氨酯分散體也能用與其他水基聚合物相通的方法進行交聯，并且在陰離子型水性聚氨酯中交聯反應大都集中在羧酸中。使用的交聯劑主要有氮丙啶(特別是三官能團的氮丙啶)、蜜胺-甲醛樹脂等。氮丙啶必須在使用前加入，因為它在水中和室溫下貯存2天后便喪失活性，其優點是在低溫下即可交聯，但這種類型的產品具有一定毒性。而蜜胺-甲醛用作交聯劑，特別是在丙烯酸類聚合物中工藝已較成熟。

還可采用封端異氰酸酯進行交聯。封端異氰酸酯就是將異氰酸酯基保護起來，使其在室溫失去反應活性，在加溫時封端劑解析下來，從而恢復其反應活性。封端異氰酸酯廣泛用作通用和水性聚氨酯的交聯劑，此類聚氨酯分散體既可用作單組分涂料又可制備各種交聯度的產品，但在成膜時需要烘干。最近，水基材料輻射交聯固化已成為一個新發展方向。因此，作為反應型稀釋劑的丙烯酸類單體的用量能夠減少甚至不用，固化產物還可具有更好的物理性能。

可作為外加交聯劑的還有：烷氧化三聚氰胺-甲醛、巴西棕櫚鈉、多官能團氰基酰胺、三縮水甘油醚、環氧交聯劑等。其他新的性能更加優越的交聯劑也在不斷研究之中。

此外，還有很多種不同的化學改性方法，其中一個較好的途徑是合成帶有潛在固化劑的單組分聚氨酯體系。有效的潛在固化劑能與聚合物中親水的離子中性反應，而且能夠控制固化反應只在使用狀態下進行，而不會影響分散體的穩定性。氮丙啶就是一個理想的化合物。它不僅能和含羧基或羥基的化合物反應，在常溫和酸性條件下還能自我反應生成均聚物；而在堿性溶液體系中它能保持穩定，因此固化反應可通過調節pH值進行引發。