Odolnosť polyetylénu voči vysokej teplote je relatívna, teplota jeho tepelnej odolnosti je nad 100 °C, ale polyetylén s vysokou molekulovou hmotnosťou znesie teplo až do 150 °C. Polyetylén je často schopný odolať vyšším teplotám počas spracovania a skladovania. Ak je však polyetylén nepretržite vystavený vysokým teplotám, ako je napríklad zahrievanie na priamom slnečnom svetle alebo vystavenie elektrickým spotrebičom, môže dôjsť k fyzikálnym zmenám, ako je termooxidačné starnutie a zosieťovanie, čo spôsobí, že materiál bude krehký, krehký a postupne stráca svoje pôvodné mechanické vlastnosti.
