O PEEK é um termoplástico semicristalino com excelente resistência mecânica e química, propriedades que se mantém em altas temperaturas.  As condições de processamento usadas para moldar o PEEK podem influenciar a cristalinidade e melhorar as propriedades mecânicas.  O módulo de elasticidade é 3,6 GPa e a resistência a tração vai de 90 a 100 MPa. O ponto de transição vítrea está em torno de 143°C e o de fusão em 343°C. Tem alta resistência à degradação térmica e ao ataque em aplicações orgânicas e/ou aquosas. É atacado por ácidos halogêneos e ácidos fortes Bronsted e Lewis, bem como alguns compostos halogenados e os hidrocarbonetos alifáticos à temperaturas elevadas. É solúvel em ácido sulfúrico concentrado à temperatura ambiente, embora a dissolução possa demorar muito tempo, a menos que o polímero tenha uma grande superfície de contato, como pó fino ou película fina.