Cao su là loại vật liệu polime có tính đàn hồi, tức là tính có thể biến dạng khi có lực bên ngoài và trở lại trạng thái ban đầu khi lực đó thôi tác dụng. Cao su có tính đàn hồi vì phân tử polime cao su có cấu trúc mạch không phân nhánh hình sợi với cấu hình cis ở các mắt xích. Bình thường, các phân tử này xoắn lại hoặc cuộn tròn vô trật tự. Khi kéo căng cao su, các phân tử polime đó duỗi ra và có trật tự hơn. Khi buông ra không kéo nữa, các phân tử polime có xu hướng co về hình dạng ban đầu.

Cao su không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước; cao su không tan trong nước, ancol etylic, axeton, … nhưng có thể tan trong xăng, benzen, …

Do có những liên kết đôi trong phân tử, cao su có thể tham gia các phản ứng cộng H₂, Cl₂, HCl, … và đặc biệt khi tác dụng với lưu huỳnh cho cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong các dung môi hơn cao su thường.

Nhờ những tính chất đó, nhất là tính đàn hồi, làm cho cao su được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.