При нагревании до 150°C и выше карбамид последовательно превращается в NH4NCO, NH3, CO2, биурет, циануровую кислоту; в замкнутом сосуде, особенно при добавлении аммиака, в продукты аминирования циануровой кислоты, например меламин. В разбавленных растворах при ~ 200 °C возможен полный гидролиз карбамида с образованием аммиака и углекислоты. Гидролиз ускоряется в присутствии кислот и щелочей 
В расплавленном виде мочевина реагирует со щелочными металлами и их амидами с образованием солей цианамида. 
При алкилировании карбамида образуются алкилзамещенные мочевины RNHCONH2; при действии спиртов - уретаны NH2COOR.

В промышленности карбамид получают по реакции Базарова:

2NH3 + CO2 = NH2COONH4 + 125.6 кДж/моль

NH2COONH4 = (NH2)2CO + H2O -15.49 кДж/моль