Funkcionalni mehanizem polikarbonatnih diolov se pripisuje predvsem hidroksilnim skupinam, ki se nahajajo na obeh koncih njihovih molekulskih verig. Med sintezo poliuretanskih materialov te hidroksilne skupine reagirajo z izocianatnimi skupinami, da tvorijo uretanske vezi, s čimer vključijo polikarbonatni diol kot "mehki segment" znotraj poliuretanske molekularne verige. Z nadzorovanjem razmerja med polikarbonatnim diolom in izocianatom lahko prilagajamo molekularno strukturo in stopnjo navzkrižne-povezave poliuretana, s čimer vplivamo na trdoto, elastičnost in mehanske lastnosti materiala. Posledično polikarbonatni dioli služijo ne le kot bistvene surovine za sintezo poliuretana, ampak tudi kot ključne komponente, ki določajo fleksibilnost in vzdržljivost materiala.
Med reakcijo imajo hidroksilne skupine polikarbonatnega diola visoko reaktivnost, kar jim omogoča, da so podvržene adicijskim reakcijam z izocianati v prisotnosti katalizatorja in pri ustreznih temperaturah. Med potekom reakcije se molekule diola in izocianati postopoma povezujejo in tvorijo dolge poliuretanske molekularne verige. Ko so razmerja komponent v sistemu optimizirana, dobimo poliuretanski material s specifično molekulsko maso in strukturno stabilnostjo. Molekulska masa, hidroksilna vrednost in karbonatna struktura samega polikarbonatnega diola vplivajo tako na reakcijski proces kot na strukturo končnega polimera; zato je treba v praktični proizvodnji določeno stopnjo polikarbonatnega diola izbrati glede na predvideno uporabo izdelka.
Karbonatna struktura, ki jo tvorijo polikarbonatni dioli, ponuja odlično stabilnost, kar je ključni dejavnik pri njihovi zmožnosti izboljšanja učinkovitosti poliuretana. Poliuretani, ki vsebujejo polikarbonatne diole kot mehke segmente-zaradi skupnega vpliva svoje strukture molekularne verige in trdih segmentov-običajno dosežejo ravnovesje prožnosti, odpornosti proti obrabi, odpornosti proti hidrolizi in odpornosti proti staranju. Poleg tega je mogoče s spreminjanjem molekulske mase polikarbonatnega diola in prilagajanjem njegovega razmerja z drugimi polioli in izocianati splošne lastnosti materiala natančno-nastaviti tako, da ustrezajo posebnim zahtevam različnih aplikacij, kot so elastomeri, premazi, lepila in sintetično usnje.