石英本身的化學名稱叫二氧化硅，二氧化分子 (SiO2) 在正常狀態下 , 其電偶極是互相平衡的。在下圖的二氧化硅是以二維空間的簡化圖形 . 當石英在硅原子上方及氧原子下方分別給予正電場及負電場時 , 空間系統就失去了平衡，為了維持電位平衡 , 兩個氧原子會相互排斥 , 在氧原子下方形成一個感應正電場區域 , 同時在硅原子上方產生感應負電場區域 . 當我們在硅原子上方及氧原子下方分別給予負電場及正電場時 , 兩個氧原子會相互靠近 , 氧原子下方就會產生感應負電場 , 硅原子上方就會產生感應正電場 . 然而 , 氧原子的水平位置變化時 , 鄰近的另一個氧原子就會相對的產生排斥或吸引的力量 , 迫使氧原子回到原來的空間位置 . 因此 , 電場的力量與原子之間的力量會相互牽動 , 電場的改變與水平方向的變動就會是形成交互變動狀態 . 這個交互狀態會形成一個在石英材料耗能最小的振動 , 只要由電場持續給它能量 , 石英材料就會與電場之間維持一個持續振動的頻率 ， 這個壓電作用下氧原子的振幅與電場強度和電場對二氧化硅的向量角度有相對應的關系 . 在實際的應用上 , 電場是由鍍在石英芯片上的金屬膜產生電極的, 電場與二氧化硅的向量角度則是由石英晶棒的切割角度來決定 .
石英本身是由硅原子和氧原子組合而成的二氧化硅（ Silicon Dioxide, SiO2 ） , 以 32 點群的六方晶系形成的單結晶結構。單結晶的石英晶體結構具有壓電效應特性， 當對單結晶體的某些方向施加壓力時 , 垂直施力的方向就會產生電氣電位 . 相對的當以一個電場施加在石英晶體某些方向時 , 在另一些方向就會產生變形或振動現象 .這種現象就叫做壓電效應。 利用其發生共振頻率的特性 , 發揮其精確振蕩的性能作為各類型頻率信號的參考基準 , 就是石英震蕩器的設計與應用 . 因為石英晶體材料具有很高的Q 值 , 所以絕大部份的頻率控制元件 , 如諧振器和振蕩器 , 都以石英材料為基礎 . 以石英為基礎的頻率控制元件根據其壓電振動的特性 , 可以分為體波 (bulk wave) 振動組件及表面聲波 (surface acoustic wave) 振動組件 . 體波振動組件如石英晶體諧振器 , 石英晶體濾波器及石英晶體振蕩器 , 表面波振動組件如表面波濾波器及表面波諧振器 . 當石英晶體用特定的切割方式 , 用機械加工方式給于表面研磨 , 完成特定的外型尺寸就是通稱的石英芯片 (quartz wafer 或 quartz blank ). 將這個石英芯片放置在真空環境中 , 給于表面鍍上電極后 , 再以導電材料固定在金屬或是陶瓷基座上 , 并加以封裝 , 就成為一般所謂的石英晶體諧振器 ( quartz crystal resonator ).
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