聚酰亞胺的制備方法多種多樣，其中包括熔融縮聚法、溶液縮聚法、氣相沉積法等。溶液縮聚法因為反應條件較為溫和，可操作性較強所以最為常見。而熔液縮聚又分為一步法和兩步法。一步法是指將二元酐和二元胺置于高沸點溶劑中加熱到較高溫度，一般為200℃左右，經催化作用通過一步反應直接聚合得到高分量的聚酰亞胺。該過程中二酐和二胺的縮聚反應和脫水成環是同時進行的，并沒有聚酰胺酸PAA 這一中間體的出現。該方法雖然合成過程較為簡單，但是所用溶劑毒性較大，如對氯苯酚、無水的間甲酚等，并且比較適合可溶性PI 的制備，因此應用時存在一定程度的局限性。
兩步法即為二酐和二酐經兩步反應得到聚酰亞胺。第一步是將二元酐和二元胺置于高沸點非質子溶劑中，如N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）等，室溫下或者冰水浴條件下發生縮合聚合反應得到前驅體聚酰胺酸PAA 溶液；第二步是將PAA 溶液進行熱亞胺化或者化學亞胺化法脫水環化生成聚酰亞胺。兩步法反應條件較為溫和，低溫環境下即可反應，安全簡便，可操控性強，故該方法應用最為廣泛。
化學亞胺化是指利用化學脫水劑（如酸酐、氯化亞砜、乙酰氯等）并以叔胺（如吡啶、三乙胺等）作為催化劑進行脫水成環的過程。雖然化學亞胺化能在較低的環境下進行，但是催化劑的加入會嚴重影響聚酰亞胺的力學等性能。所以兩步法中將粘稠PAA 溶液轉化為相應的聚酰亞胺薄膜的最常用方式是熱酰亞胺化。熱亞胺化方法是將聚酰胺酸階梯式升溫至300℃以上進行脫水環化生成聚酰亞胺。但需要注意是，亞胺化過程不宜過快，否則可能導致最終的聚酰亞胺膜產品中形成氣泡和空隙。且在沒有催化劑的情況下亞胺化溫度需到達300℃ 以上才能徹底亞胺化，如果亞胺化不完全會嚴重影響聚酰亞胺薄膜的力學性能，熱學性能等。