异氰酸酯可发生自加成反应，生成各种自聚物，包括二聚体三聚体及各种多聚体，其中三聚反应是其中最重要的反应之一。

     芳香族或脂肪族，包括脂环族异氰酸酯均能于加热及催化下自聚为三聚体，三聚体的核基是异氰脲酸酯（isocyanurate）六元杂环。三聚反应是不可逆反应。下面为二异氰酸酯的三聚反应反应式：

     许多氮族元素化合物、有机金属化合物等，均可作为脂肪族及芳香族异氰酸酯的三聚反应催化剂。N，N′，N″-三（二甲氮基丙基）-产氢化三嗪、2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚是常用的叔胺类三聚催化剂。

     两种或两种以上的异氰酸酯单体在三烷基烷氧基锡催化下可制得合异氰脲酸酯。

     制造异氰脲酸酯型交联剂需控制三聚反应的程度，以免因无限制地反应而生成聚合度过大的无用物质，一般需加入少量阻聚剂以终止反应。阻聚剂有对甲苯磺酸酯、苯甲酰氯、磷酸、硫酸二甲酯等。即使是控制反应，二异氰酸酯的三聚体实际也是多种官能度异氰酸酯自聚物的混合物，以三聚体为主要成分。

     在制备聚氨酯的过程中，可生成的几种化学键及基团的热稳定性顺序一般认为是：异氰脲酸酯环＞噁唑烷酮环＞碳化二亚胺＞脲＞氨＞基甲酸酯＞缩二脲＞脲基甲酸酯＞脲二酮环。异氰脲酸酯环很稳定，能耐热，且能阻燃。一般的异氰脲酸酯的热稳定温度在150以上，芳香族异氰脲酸酯的耐热性更高，苯异氰脲酸酯环的热分解温度为380以上。

     和其它异氰酸酯的反应一样，电子效应和窨效应对异氰酸酯的三聚反应有较大的影响。苯环上的吸电子基团能加速三聚反应，而供电子基则减慢三聚反应：空间效应也强烈地影响三聚反应速率。脂肪族异氰酸酯的三聚能力比芳香族异氰酸酯弱。

    三聚反应在聚氨酯反应中是较为重要的。其主要原因是异氰酸酯三聚后形成的异氰脲酸酯环，对热和大部分化学药品都比较稳定，主要用于硬质聚氨酯泡沫塑料的制造。一般采用的是异氰脲酸酯改性聚氨酯，如此制成泡沫塑料有一定的韧性，热变形温度高，尺寸稳定性好，可在150温度下长期使用，并且耐火焰贯穿性好，燃烧发烟量低。这种泡沫可用于要求耐热的绝热领域，如供热管道保温层。

     异氰酸酯经三聚后生成聚异氰脲酸酯的反应还应用于制备耐聚氨酯胶粘剂、涂料和弹性体等领域。如2，4-TDI三聚体（Bayer公司牌号Desmodur IL）、HDI三聚体、IPDI三聚体、HDI-TDI混合三聚体等，是聚氨酯涂料等的交联剂。