Pentaerytritolin ydinkemiallinen ominaisuus on neljän hydroksyyliryhmän läsnäolo sen molekyylissä; näillä ryhmillä on korkea reaktiivisuus ja ne voivat reagoida useiden yhdisteiden, kuten karboksyylihappojen, aldehydien ja isosyanaattien kanssa. Koska yksi molekyyli tarjoaa useita reaktiivisia kohtia, pentaerytritoli ei toimi pelkästään tavallisena polyolina reaktiojärjestelmissä, vaan myös linkkerinä, joka yhdistää erilaisia molekyyliketjuja, mikä helpottaa haaroittuneiden tai silloittuneiden rakenteiden asteittaista muodostumista. Tämä korkea toiminnallisuus erottaa pentaerytritolin dioleista, kuten etyleeniglykolista ja propyleeniglykolista.
Alkydihartsien valmistuksessa pentaerytritoli joutuu ensisijaisesti esteröitymisreaktioihin, joihin osallistuvat sen hydroksyyliryhmät ja rasvahapot tai polyhapot. Reaktion aikana tapahtuu kondensaatiota hydroksyyli- ja karboksyyliryhmien välillä veden poistuessa; reaktion edetessä monomeerit kytkeytyvät yhteen muodostaen suurempia polymeerimolekyylejä. Sen neljä hydroksyyliryhmää tarjoavat lukuisia liitoskohtia, jotka antavat lopulliselle hartsille tietyn haaroittumis- ja silloittumiskyvyn. Käytetyn pentaerytritolin määrän säätäminen mahdollistaa ominaisuuksien, kuten kovuuden, joustavuuden, vedenkestävyyden ja säänkestävyyden, moduloinnin.
Sen toimintamekanismi paloa hidastavissa materiaaleissa vaihtelee. Pentaerytritolissa on korkea hiilipitoisuus ja useita hydroksyyliryhmiä, mikä mahdollistaa sen osallistumisen prosesseihin, kuten dehydraatioon ja hiiltymiseen altistuessaan lämmölle. Kun sitä käytetään yhdessä happolähteen ja muiden paloa hidastavien komponenttien kanssa, se edistää tiheän hiiltykerroksen muodostumista kuumennettaessa. Tämä hiiltymäkerros peittää materiaalin pinnan ja estää lämmön siirtymisen sisäosaan ja rajoittaa palavien kaasujen ja hapen välistä kosketusta, mikä toimii lämpöesteenä ja estää palamista. Tästä johtuen pentaerytritolia käytetään usein hiiltä muodostavana aineena paisuvissa palonestojärjestelmissä.