Polykaprolaktóndiol sa primárne používa ako surovina s mäkkým segmentom pri príprave polyuretánových materiálov; hydroxylové skupiny na svojich koncoch reťazca reagujú s izokyanátovými skupinami za vzniku uretánových väzieb, čím sa podieľajú na konštrukcii polyuretánového molekulového reťazca. Vďaka svojej prirodzene flexibilnej štruktúre molekulového reťazca poskytuje priestor pre segmentový pohyb v polyméri, čím dodáva materiálu dobrú flexibilitu a elasticitu. V dôsledku toho môžu byť vlastnosti ako tvrdosť, predĺženie a elasticita vyladené úpravou molekulovej hmotnosti a pomeru zabudovania polykaprolaktóndiolu.
Okrem toho, že poskytuje flexibilitu, polykaprolaktóndiol zlepšuje mechanické vlastnosti polyuretánových materiálov. Esterové skupiny v rámci svojich molekulárnych reťazcov majú polaritu, čo umožňuje silné intermolekulárne interakcie s polyuretánovými tvrdými segmentmi a zaisťuje efektívne spojenie medzi mäkkými a tvrdými segmentmi. Pri vhodnej formulácii majú polyuretány na báze polykaprolaktóndiolu typicky vynikajúcu pevnosť v ťahu, odolnosť proti oderu a pevnosť v roztrhnutí. Vďaka tomu nachádzajú uplatnenie v materiáloch, ako sú polyuretánové elastoméry, nátery, lepidlá a syntetická koža.
Polykaprolaktóndiol tiež ponúka dobrú flexibilitu pri nízkych teplotách a odolnosť proti únave, vlastnosti spojené s flexibilitou jeho molekulárnych reťazcov a jeho semikryštalickou povahou. Dobre navrhnuté polyuretány na báze polykaprolaktónu si zachovávajú dobrú elasticitu a rozmerovú stálosť v podmienkach kolísania teploty alebo opakovaného mechanického namáhania. Preto polykaprolaktóndiol slúži ako vynikajúca voľba mäkkých segmentov na zlepšenie celkového výkonu materiálov vystavených dlhodobému ohýbaniu, rozťahovaniu alebo treniu. Okrem toho je možné jeho výkonovú rovnováhu ďalej doladiť kombináciou s inými polyéterovými alebo polyesterovými polyolmi.
Úloha polykaprolaktóndiolu nie je obmedzená na zlepšenie jedinej vlastnosti; skôr tým, že sa podieľa na tvorbe molekulárnej štruktúry polyuretánu, má komplexný vplyv na pružnosť, pevnosť, odolnosť proti oderu a trvanlivosť materiálu. Faktory ako molekulová hmotnosť, hydroxylové číslo, číslo kyslosti a dávkovanie ovplyvňujú konečné vlastnosti materiálu, čo si vyžaduje starostlivý výber na základe konkrétneho zamýšľaného použitia počas návrhu formulácie. Pre rôzne polyuretánové produkty je možné získať materiály s rôznymi výkonnostnými charakteristikami úpravou pomeru polykaprolaktóndiolu k izokyanátu a iným polyolom.