Funkčný mechanizmus polykarbonátových diolov sa primárne pripisuje hydroxylovým skupinám umiestneným na oboch koncoch ich molekulových reťazcov. Počas syntézy polyuretánových materiálov tieto hydroxylové skupiny reagujú s izokyanátovými skupinami za vzniku uretánových väzieb, čím sa polykarbonát diol začlení ako "mäkký segment" do polyuretánového molekulového reťazca. Riadením pomeru polykarbonátdiolu k izokyanátu je možné upraviť molekulárnu štruktúru a stupeň zosieťovania polyuretánu, čím sa ovplyvní tvrdosť, elasticita a mechanické vlastnosti materiálu. V dôsledku toho polykarbonátové dioly slúžia nielen ako životne dôležité suroviny pre syntézu polyuretánu, ale aj ako kľúčové komponenty, ktoré určujú pružnosť a odolnosť materiálu.
Počas reakcie vykazujú hydroxylové skupiny polykarbonátdiolu vysokú reaktivitu, ktorá im umožňuje podstúpiť adičné reakcie s izokyanátmi v prítomnosti katalyzátora a pri vhodných teplotách. Ako reakcia postupuje, molekuly diolu a izokyanáty sa postupne spájajú a vytvárajú dlhé polyuretánové molekulové reťazce. Keď sú pomery komponentov v systéme optimalizované, získa sa polyuretánový materiál so špecifickou molekulovou hmotnosťou a štruktúrnou stabilitou. Molekulová hmotnosť, hydroxylové číslo a karbonátová štruktúra samotného polykarbonátdiolu ovplyvňujú reakčný proces aj štruktúru konečného polyméru; preto pri praktickej výrobe musí byť špecifická kvalita polykarbonátdiolu zvolená na základe zamýšľaného použitia produktu.
Uhličitanová štruktúra tvorená polykarbonátovými diolmi ponúka vynikajúcu stabilitu, ktorá je kľúčovým faktorom v ich schopnosti zvýšiť výkon polyuretánu. Polyuretány obsahujúce polykarbonátové dioly ako mäkké segmenty – prostredníctvom kombinovaného vplyvu ich štruktúry molekulárneho reťazca a tvrdých segmentov – zvyčajne dosahujú rovnováhu flexibility, odolnosti proti oderu, odolnosti proti hydrolýze a odolnosti proti starnutiu. Okrem toho zmenou molekulovej hmotnosti polykarbonátdiolu a úpravou jeho pomeru s inými polyolmi a izokyanátmi možno celkové vlastnosti materiálu doladiť tak, aby spĺňali špecifické požiadavky rôznych aplikácií, ako sú elastoméry, nátery, lepidlá a syntetická koža.