聚乙烯土工膜的中主要材料是聚乙烯，聚乙烯屬聚烯烴類，是典型的碳氫高聚物，在材料基質中不含有其他元素。純晶態聚乙烯呈乳白色，手感似蠟，無味、無嗅、無毒。高密度聚乙烯是指在每1000個碳原子中含有不多于5 個支鏈的線性分子所組成的聚合物，在所有各類聚乙烯中，土工膜量最高，滲透性最小，同時具有良好的拉伸強度、耐腐蝕性和穩定性；低密度聚乙烯則是在高壓下自由基引發聚合制得的含有更多支鏈的聚合物，包括長支鏈和短支鏈，其中短支鏈在每1000 個主鏈碳原子中約含有15 ～35 個，其結晶度遠低于高密度聚乙烯 。低密度聚乙烯的熔點低，質地柔軟，清晰度高、手感柔軟，并有適度韌性。
聚乙烯對化學品通常具有較高的穩定性，甚至在高溫下，也具有良好的耐水溶特性。通過國內外文獻調研，聚乙烯在十分特定的條件下才會緩慢地被氧化劑侵蝕。例如，用烷烴、芳烴及氯代烴在室溫下浸泡6個月以上會使其溶漲，此后在約70℃開始熔融，繼續升溫時甚至會溶解。高密度聚乙烯在無氧條件下抗紫外光和熱的作用非常穩定。聚乙烯在熱降時解遵循無規斷鏈及分子內和分子間轉移反應的機理，只有在350℃以上的高溫下，才會發生明顯的分子鏈斷裂分解，降解產物有乙烯、丙稀、丁烯和分子鏈更長的烯烴碎片。在空氣中用紫外光大劑量照射聚乙烯膜會引起氧的吸收，羰基、羥基和烯基的生成，同時釋放出丙酮、乙醛、水、一氧化碳和二氧化碳，同時引起脆性的增加、交聯的形成以及聚合物樣品力學性能惡化。