异氰酸酯最常见的反应是与含有活泼氢的共反应物进行加成反应，与羟基、氨基或羧基的反应特别易于实现。表3是异氰酸酯基团的基本反应概要。
表3异氰酸酯反应机理
异氰酸酯基团也能相互反应，通过改变选择性生成的反应产物列于表4。
表4异氰酸酯的环聚与聚合反应
此处列举的一些反应，也可用于制备涂料和胶粘剂原料所需的聚异氰酸酯低聚物。异氰酸酯官能团的预聚物、缩二脲、环状聚合物 是非常重要的。含异氰酸酯官能团的预聚物，通常由过量二异氰酸酯与含羟基官能团化合物进行氨酯化反应而制得。预聚物性能可随其类型、相对分子质量和官能度的改变而在宽广范围内变化。
前述的反应也可使异氰酸酯低聚物与合适的共反应物交联。例如聚异氰酸酯与多元醇反应成聚氨酯，或聚异氰酸酯与多元胺或水反应生成聚脲，从而在基材上形成涂料或胶粘剂。
这些反应的速率相差很大，取决于所用异氰酸酯类型和共反应物结构。例如芳基异氰酸酯与醇反应的速率远高于烷基异氰酸酯。此外发现后者的反应性按NCO基团的伯、仲、叔位顺序依次下降，除非位阻或催化影响可产生逆转。
异氰酸酯与伯胺或仲胺的反应速率非常快，在室温下即自动地生成脲。在较高温度和合适的催化剂存在下，脲和氨基甲酸酯能与过量异氰酸酯反应，分别生成缩二脲和脲基甲酸酯。特定的催化剂可促使芳香族和脂肪族异氰酸酯生成环状低聚物，且已有多种产品可供工业应用。
