La característica química bàsica del pentaeritritol rau en la presència de quatre grups hidroxil dins de la seva molècula; aquests grups presenten una alta reactivitat i poden reaccionar amb una varietat de compostos, com ara àcids carboxílics, aldehids i isocianats. Com que una sola molècula ofereix múltiples llocs reactius, el pentaeritritol funciona no només com un poliol estàndard en els sistemes de reacció, sinó també com un enllaç que connecta diferents cadenes moleculars, facilitant la formació gradual d'estructures ramificades o entrecreuades. Aquesta alta funcionalitat distingeix el pentaeritritol dels diols com l'etilenglicol i el propilenglicol.
En la producció de resines alquídiques, el pentaeritritol pateix principalment reaccions d'esterificació que impliquen els seus grups hidroxil i àcids grassos o poliàcids. Durant la reacció es produeix la condensació entre els grups hidroxil i carboxil amb eliminació d'aigua; a mesura que avança la reacció, els monòmers s'uneixen per formar molècules de polímers més grans. Els seus quatre grups hidroxil proporcionen nombrosos punts de connexió, donant un grau de capacitat de ramificació i reticulació a la resina final. L'ajust de la quantitat de pentaeritritol utilitzada permet la modulació de propietats com la duresa, la flexibilitat, la resistència a l'aigua i la intempèrie.
El seu mecanisme d'acció en materials ignífugs és diferent. El pentaeritritol posseeix un alt contingut de carboni i múltiples grups hidroxil, el que li permet participar en processos com la deshidratació i la carbonització quan s'exposa a la calor. Quan s'utilitza juntament amb una font d'àcid i altres components ignífugs, afavoreix la formació d'una capa densa de carboni en escalfar-se. Aquesta capa de carboni cobreix la superfície del material, inhibint la transferència de calor a l'interior i limitant el contacte entre els gasos combustibles i l'oxigen, actuant així com una barrera tèrmica i suprimint la combustió. En conseqüència, el pentaeritritol s'utilitza freqüentment com a agent de formació de carboni en sistemes ignífugs intumescents.