คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพได้รับผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดจากความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น ซึ่งได้รับผลกระทบจากรูปร่างและระยะห่างของสายโซ่โมเลกุล วัสดุความหนาแน่นต่ำจะมีโซ่ที่แตกแขนงสูงและเว้นระยะห่างกันมาก ในขณะที่วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงจะมีโซ่ที่เรียงตัวเป็นเส้นตรงและชิดกันมาก โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (0.926–0.9409 g/cm3) สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 200°F ไม่ละลายน้ำที่อุณหภูมิห้อง โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (0.041–0.965 g/cm3) ไม่ชอบน้ำ ซึมผ่านก๊าซได้ และมีความต้านทานไฟฟ้าสูง
โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมีความต้านทานไฟฟ้าและความต้านทานต่อน้ำและสารเคมีได้ดีเยี่ยม โพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลปานกลางเป็นแว็กซ์ที่ผสมกับขี้ผึ้งพาราฟินได้ และโพลีเอทิลีนโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่า 10,000 นั้นเป็นเรซินที่แข็งแกร่งและเหนียวที่คุ้นเคย ซึ่งมีความยืดหยุ่นหรือแข็ง ด้วยการเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาและวิธีการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน สามารถควบคุมคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความหนาแน่น ความตกผลึก น้ำหนักโมเลกุล และการกระจายตัวของโพลีเมอร์ได้ในช่วงกว้าง โพลีเมอร์ที่มีความหนาแน่นตั้งแต่ประมาณ 0.910 ถึง 0.925 g/cm3 เป็นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ ที่มีความหนาแน่นตั้งแต่ 0.926 ถึง 0.940 g/cm3 เป็นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง และที่มีความหนาแน่นตั้งแต่ 0.941 ถึง 0.965 g/cm3 และสูงกว่านั้นจะเป็นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง