石英晶體具有壓電效應，是由其內部結構決定的。組成石英晶體的硅離子Si4+和氧離子O2-在Z平面投影，如圖(a)。為討論方便，將這些硅、氧離子等效為圖(b)中正六邊形排列，圖中“＋”代表Si4+，“－”代表2O2-。

硅氧離子的排列示意圖
(a)  硅氧離子在Z平面上的投影
（b）等效為正六邊形排列的投影

當作用力FX=0時，正、負離子（即Si4+和2O2-）正好分布在正六邊形頂角上，形成三個互成120º夾角的偶極矩P1、P2、P3，如圖（a）所示。此時正負電荷中心重合，電偶極矩的矢量和等于零，即
            P1＋P2＋P3＝0
當晶體受到沿X方向的壓力（FX<0）作用時，晶體沿X方向將產生收縮，正、負離子相對位置隨之發生變化，如圖（b）所示。此時正、負電荷中心不再重合，電偶極矩在X方向的分量為(P1+P2+P3)X>0
在Y、Z方向上的分量為
（P1+P2+P3）Y=0  （P1+P2+P3）Z=0
由上式看出，在X軸的正向出現正電荷，在Y、Z軸方向則不出現電荷。
當晶體受到沿X方向的拉力（FX＞0）作用時，其變化情況如圖（c）。此時電極矩的三個分量為
（P1+P2+P3）X<0
（P1+P2+P3）Y=0
（P1+P2+P3）Z=0
在X軸的正向出現負電荷，在Y、Z方向則不出現電荷。可見，當晶體受到沿X(電軸)方向的力FX作用時，它在X方向產生正壓電效應，而Y、Z方向則不產生壓電效應。
晶體在Y軸方向力FY作用下的情況與FX相似。當FY＞0時，晶體的形變與圖（b）相似；當FY＜0時，則與圖（c）相似。由此可見，晶體在Y（即機械軸）方向的力FY作用下，使它在X方向產生正壓電效應，在Y、Z方向則不產生壓電效應。