ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงของโพลีเอทิลีนนั้นสัมพันธ์กัน โดยมีอุณหภูมิทนความร้อนสูงกว่า 100°C แต่โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงสามารถทนความร้อนได้สูงถึง 150°C โพลีเอทิลีนมักจะสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นระหว่างการแปรรูปและการเก็บรักษา อย่างไรก็ตาม หากโพลีเอทิลีนสัมผัสกับอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง เช่น การได้รับความร้อนจากแสงแดดโดยตรงหรือสัมผัสกับเครื่องใช้ไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแก่ชราด้วยเทอร์โมออกซิเดชั่นและการเชื่อมโยงข้ามอาจเกิดขึ้น ทำให้วัสดุเปราะ เปราะ และค่อยๆ สูญเสียคุณสมบัติทางกลดั้งเดิมไป
