Основната химическа характеристика на пентаеритритола се крие в присъствието на четири хидроксилни групи в неговата молекула; тези групи проявяват висока реактивност и могат да реагират с различни съединения, като карбоксилни киселини, алдехиди и изоцианати. Тъй като една молекула предлага множество реактивни места, пентаеритритолът функционира не само като стандартен полиол в реакционни системи, но и като линкер, който свързва различни молекулни вериги, улеснявайки постепенното образуване на разклонени или омрежени структури. Тази висока функционалност отличава пентаеритритола от диоли като етилен гликол и пропилен гликол.
При производството на алкидни смоли пентаеритритолът претърпява основно реакции на естерификация, включващи неговите хидроксилни групи и мастни киселини или поликиселини. По време на реакцията възниква кондензация между хидроксилните и карбоксилните групи с елиминиране на водата; докато реакцията напредва, мономерите се свързват заедно, за да образуват по-големи полимерни молекули. Неговите четири хидроксилни групи осигуряват многобройни точки на свързване, придавайки известна степен на способност за разклоняване и омрежване на крайната смола. Регулирането на количеството на използвания пентаеритритол позволява модулиране на свойства като твърдост, гъвкавост, водоустойчивост и устойчивост на атмосферни влияния.
Механизмът му на действие в огнезащитните материали е различен. Пентаеритритолът притежава високо съдържание на въглерод и множество хидроксилни групи, което му позволява да участва в процеси като дехидратация и овъгляване, когато е изложен на топлина. Когато се използва заедно с източник на киселина и други компоненти, забавящи горенето, той насърчава образуването на плътен овъглен слой при нагряване. Този овъглен слой покрива повърхността на материала, възпрепятства преноса на топлина към вътрешността и ограничава контакта между горими газове и кислород, като по този начин действа като термична бариера и потиска горенето. Следователно, пентаеритритолът често се използва като овъгляващ агент в набъбващи огнезащитни системи.