Το πολυισοβουτυλένιο είναι ένα τυπικό κορεσμένο γραμμικό πολυμερές. Το κύριο σώμα της μοριακής αλυσίδας δεν περιέχει διπλούς δεσμούς, δεν υπάρχουν μακριές πλευρικές αλυσίδες, δεν υπάρχουν ασύμμετρα άτομα άνθρακα και οι δομικές μονάδες συνδέονται με μια κανονική ακολουθία από την αρχή μέχρι το τέλος.
Στην απαραμόρφωτη κατάστασή του, το πολυισοβουτένιο είναι ένα άμορφο πολυμερές. Σε θερμοκρασία δωματίου, αλυσίδες πολυισοβουτενίου υψηλού μοριακού βάρους κρυσταλλώνονται κατά τη διάρκεια του τεντώματος, και στην κρυσταλλική περιοχή, κάθε 8 δομές επαναλαμβάνονται για να σχηματίσουν μια δομή ελικοειδούς αλυσίδας. Λόγω της χωρικής αλληλασφάλισης των δύο ομάδων μεθυλίου στα εναλλασσόμενα άτομα άνθρακα της πολυμερούς αλυσίδας, η αλυσίδα του πολυμερούς δεν παρουσιάζει επίπεδο μοντέλο πριονιού και η γωνία σύνδεσης του άνθρακα σε - CH2- αυξάνεται σημαντικά, μετασχηματίζοντας από 109,5 μοίρες σε τετραεδρική μορφή έως 123 μοίρες, με αποτέλεσμα την προαναφερθείσα δομή ελικοειδούς αλυσίδας.
Σύμφωνα με τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στον πολυμερισμό, τα πολυμερή που παράγονται από καθαρό ισοβουτένιο (Μεγαλύτερο ή ίσο με 99%) ονομάζονται πολυϊσοβουτένιο, ενώ τα πολυμερή που παράγονται από μικτά ελαφρά κλάσματα C4 που περιέχουν ισοβουτένιο, άλλες ολεφίνες (1-βουτένιο, cis{ {3}}βουτένιο και αντι-2-βουτένιο) και αλκάνια (n-βουτάνιο, ισοβουτάνιο) είναι κοινώς γνωστά ως πολυβουτένιο λόγω της παρουσίας μικρής ποσότητας n-βουτενίου ( Λιγότερο ή ίσο με 5% ) δομικές μονάδες ενσωματωμένες στις πολυμερείς αλυσίδες πολυισοβουτενίου τους. Η δομή και οι ιδιότητες του εμπορικού πολυβουτενίου και πολυισοβουτενίου με το ίδιο μοριακό βάρος είναι βασικά οι ίδιες.
Λόγω των αντιδράσεων μεταφοράς αλυσίδας και των αντιδράσεων τερματισμού της αλυσίδας, οι αλυσίδες πολυισοβουτενίου συνήθως περιέχουν ακόρεστους διπλούς δεσμούς στα άκρα τους. Σύμφωνα με τη χημική δομή του τερματικού διπλού δεσμού, το πολυισοβουτένιο μπορεί να χωριστεί σε συνηθισμένο πολυισοβουτένιο και αντιδραστικό πολυισοβουτένιο. Η τελική περιεκτικότητα σε άλφα ολεφίνες του συνηθισμένου πολυισοβουτενίου είναι μικρότερη από 15%, και οι άλλες δομές είναι κυρίως βήτα ολεφίνες και εσωτερικές ολεφίνες. Το αντιδραστικό πολυισοβουτένιο αναφέρεται σε πολυισοβουτένιο με περιεκτικότητα σε τελική δομή άλφα ολεφίνης άνω του 70%. Το εμπορικά διαθέσιμο αντιδραστικό πολυισοβουτένιο έχει τυπικά περιεκτικότητα σε δομή άλφα ολεφίνης άνω του 80%.