Podstawowa charakterystyka chemiczna pentaerytrytolu polega na obecności czterech grup hydroksylowych w jego cząsteczce; grupy te wykazują wysoką reaktywność i mogą reagować z różnymi związkami, takimi jak kwasy karboksylowe, aldehydy i izocyjaniany. Ponieważ pojedyncza cząsteczka oferuje wiele miejsc reaktywnych, pentaerytrytol działa nie tylko jako standardowy poliol w układach reakcyjnych, ale także jako łącznik łączący różne łańcuchy molekularne, ułatwiając stopniowe tworzenie rozgałęzionych lub usieciowanych-struktur. Ta wysoka funkcjonalność odróżnia pentaerytrytol od dioli, takich jak glikol etylenowy i glikol propylenowy.
Podczas produkcji żywic alkidowych pentaerytrytol ulega przede wszystkim reakcjom estryfikacji z udziałem jego grup hydroksylowych i kwasów tłuszczowych lub polikwasów. Podczas reakcji zachodzi kondensacja pomiędzy grupami hydroksylowymi i karboksylowymi z eliminacją wody; w miarę postępu reakcji monomery łączą się, tworząc większe cząsteczki polimeru. Jej cztery grupy hydroksylowe zapewniają liczne punkty połączeń, nadając końcowej żywicy stopień rozgałęzienia i zdolności sieciowania-. Dostosowanie ilości użytego pentaerytrytolu pozwala na modulację właściwości, takich jak twardość, elastyczność, wodoodporność i odporność na warunki atmosferyczne.
Mechanizm jego działania w materiałach-ognioodpornych jest inny. Pentaerytrytol ma wysoką zawartość węgla i wiele grup hydroksylowych, dzięki czemu może brać udział w procesach takich jak odwodnienie i zwęglenie pod wpływem ciepła. W połączeniu ze źródłem kwasu i innymi-ognioodpornymi składnikami, po podgrzaniu sprzyja tworzeniu się gęstej warstwy zwęglenia. Ta warstwa zwęglenia pokrywa powierzchnię materiału, hamując przenoszenie ciepła do wnętrza i ograniczając kontakt gazów palnych z tlenem, działając w ten sposób jako bariera termiczna i tłumiąc spalanie. W związku z tym pentaerytrytol jest często stosowany jako środek zwęglający-w pęczniejących systemach-zmniejszających palność.