PTFE的分子构形如图所示。在低于19℃的温度下，呈现三棱体形，螺旋形大分子中每13个碳原子改变180°，其轴向距离为117nm；在高于19℃的温度下，呈现六面体形，每15个碳原子改变180°，轴向距离为2nm。这种由温度改变引起的大分子链型式的转变能够使聚合物的比容突然改变。
PTFE分子的主链由C - C键构成，所有的侧键都为氟原子替代，C - F键结合能很大，因此PTFE具有很高的耐热功能。氟原子较氢原子半径大，且带负电，对主链碳原子的正电荷起到有用的屏蔽效果，而相邻大分子上的氟原子的负电荷具有排斥效果，导致了PTFE极低的内聚能，分子间结合力很弱。氟原子体积大，又彼此排斥，使PTFE分子链不能呈平面锯齿形而呈螺旋形，而且比较坚硬。
由于PTFE的特殊分子结构特征，使其具有以下特点：
- 冲突系数小。由于PTFE大分子间的相互引力小，且表面对其他分子的吸引力也很小，因此其冲突系数非常小，是已知固体工程材料中最低的，仅为0.04（静冲突系数），小于其动冲突系数，在极低的滑动速度下也不会呈现匍匐表象，是金属冲突学中从未呈现的独特表象。
- 优秀的耐老化功能和抗辐射功能。在严苛环境下功能不变，湿润状态下不受微生物侵袭，而且对各种射线辐射具有极高的防护能力，在真空中，辐照剂量为1 × 10^7 rad时，仍可保持原有拉伸强度的50%。
- 极佳的化学稳定性。PTFE不与环境介质发生反应，能够承受大多数强酸（包括王水、氢氟酸、浓盐酸、发烟硫酸、有机酸等）、强碱、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的影响。
- 极小的吸水率（0.001%～0.005%）。渗透率较低，除了对其组成类似的氟碳化合物有较高的渗透率外，对大多数气体和液体的渗透性较小。
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