聚酰亞胺具有優良的耐熱和耐化學腐蝕性，有極好的機械性能和電性能，還有優良的耐輻射性能，被廣泛應用于航空、航天、電氣、機械、化工、微電子等領域。近年來,隨著宇航工業的發展。聚酰亞胺以其優異的熱穩定性，在高溫聚合物材料領域奠定了領導地位。聚酰亞胺的主要應用包括:模壓制品，如軸承、軸套、襯套、隔熱齒輪、密封圈、密封閥等，溶液澆鑄或紡絲制品如薄膜、纖維等，其它應用形式，如膠粘劑、耐高溫涂料、預浸漬料等。
1、聚酰亞胺分子中具有十分穩定的芳雜環結構，耐熱性非常好。對于芳香族聚酰亞胺，起始分解溫度在500℃左右。由聯苯二胺和對苯二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達到600℃,是聚合物中熱穩定性最高的品種之一.聚酰亞胺的熱膨脹系數在2X10*~3×10*/℃，聯苯型聚酰亞胺可達1×10/℃，個別品種可達0.1×10/℃.
2、聚酰亞胺可耐極低溫度,在-269℃的液態氦中仍不會脆裂。
3、聚酰亞胺有很好的機械性能，拉伸強度通常在100Mpa 以上，均苯型聚酰亞胺薄膜Kapton 的拉伸強度為170Mpa，而聯苯型聚酰亞胺薄膜Upilex-s 的拉伸強度達到400Mpa。聚酰亞胺的彈性模量通常為3~4GPa，纖維可達到200Gpa。據理論計算，由均苯二酐和對苯二胺合成的纖維可達500Gpa，僅次于碳纖維。
4、聚酰亞胺具有良好的耐化學腐蝕性，對稀酸穩定，但不耐堿和不耐水解，改性聚酰亞胺也有相當耐水解的品種，可以經受120℃，500h沸水蒸煮。聚酰亞胺還可以利用堿性水解方法回收原料二酐與二胺，如Kapton回收率可達80~90%，這有利于資源循環利用。
5、聚酰亞胺有很好的耐輻照性能，薄膜在5×10°rad劑量輻照后，強度保持86%,聚酰亞胺纖維經1×10"rad 快電子輻照后強度保持率為90%.
6、聚酰亞胺具有很好的介電性能。其介電常數為3.4左右。介電損耗為10°,'介電強度為100~300KV/mm，體積電阻率1017ΩNaN.
7、聚酰亞胺的極限氧指數為35~75，發煙率低，為自熄性聚合物。
8、聚酰亞胺在極高的真空下放氣量很少。
9、聚酰亞胺無毒，可用來制造餐具和醫用器具，一些聚酰亞胺還具有很好的生物相容性，在血液相容性試驗中為非溶血性，體外細胞毒性測試為無毒。