Polykarbonaattidiolien toiminnallinen mekanismi johtuu ensisijaisesti hydroksyyliryhmistä, jotka sijaitsevat niiden molekyyliketjujen molemmissa päissä. Polyuretaanimateriaalien synteesin aikana nämä hydroksyyliryhmät reagoivat isosyanaattiryhmien kanssa muodostaen uretaanisidoksia, jolloin polykarbonaattidioli sisällytetään "pehmeänä segmenttinä" polyuretaanimolekyyliketjuun. Säätämällä polykarbonaattidiolin suhdetta isosyanaattiin voidaan säätää polyuretaanin molekyylirakennetta ja silloitusastetta, mikä vaikuttaa materiaalin kovuuteen, elastisuuteen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Tästä johtuen polykarbonaattidiolit eivät ole vain tärkeitä raaka-aineita polyuretaanisynteesissä, vaan myös avainkomponentteina, jotka määräävät materiaalin joustavuuden ja kestävyyden.
Reaktion aikana polykarbonaattidiolin hydroksyyliryhmät osoittavat suurta reaktiivisuutta, mikä mahdollistaa niiden additioreaktion isosyanaattien kanssa katalyytin läsnä ollessa ja sopivissa lämpötiloissa. Reaktion edetessä diolimolekyylit ja isosyanaatit yhdistyvät asteittain yhteen muodostaen pitkiä polyuretaanimolekyyliketjuja. Kun järjestelmän komponenttien suhteet optimoidaan, saadaan polyuretaanimateriaalia, jolla on tietty molekyylipaino ja rakenteellinen stabiilisuus. Itse polykarbonaattidiolin molekyylipaino, hydroksyyliarvo ja karbonaattirakenne vaikuttavat sekä reaktioprosessiin että lopullisen polymeerin rakenteeseen; siksi käytännön tuotannossa polykarbonaattidiolin tietty laatu on valittava tuotteen käyttötarkoituksen perusteella.
Polykarbonaattidiolien muodostama karbonaattirakenne tarjoaa erinomaisen vakauden, mikä on avaintekijä niiden kyvyssä parantaa polyuretaanin suorituskykyä. Polyuretaanit, jotka sisältävät polykarbonaattidioleja pehmeinä segmentteinä - niiden molekyyliketjurakenteen ja kovien segmenttien yhteisvaikutuksen kautta - saavuttavat tyypillisesti tasapainon joustavuuden, kulutuskestävyyden, hydrolyysin kestävyyden ja ikääntymisen kestävyyden välillä. Lisäksi vaihtelemalla polykarbonaattidiolin molekyylipainoa ja säätämällä sen suhdetta muihin polyoleihin ja isosyanaatteihin, materiaalin kokonaisominaisuudet voidaan hienosäätää vastaamaan erilaisten sovellusten, kuten elastomeerien, pinnoitteiden, liimojen ja synteettisen nahan, erityisvaatimuksia.