石英晶振片的工作原理主要基於石英晶體的壓電效應。壓電效應是指在某些晶體材料中，如石英（二氧化矽），當受到機械應力時會在其表面產生電荷，或者當施加電場時會引起晶體產生機械變形。
在石英晶片的兩端施加交變電壓時，晶片會產生機械振動，這種機械振動又會產生交變電場。當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（由晶片的尺寸和形狀決定）相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現象稱為「壓電諧振」。
石英晶振片可以等效為一個電感和一個電容的並聯電路，其中電感代表晶片的機械振動慣性，電容代表晶片的彈性。由於石英晶體的化學性質穩定和熱膨脹係數小，其振盪頻率非常穩定。
石英晶體振盪器（晶振）利用這種壓電效應來產生穩定的頻率信號，為微晶片提供基準頻率信號，是電路系統中非常重要的組成部分。