הסיבה שבגללה לוחות סנדוויץ' משיגים רמה גבוהה של איזון בין קל משקל לביצועים גבוהים נעוצה בעיצוב המבני הייחודי ובמנגנון סינרגיית החומרים שלהם. מבנה זה מורכב משתי שכבות או יותר משטח ושכבת ליבה, היוצרים מבנה דמוי סנדוויץ'. במהלך הפעולה, שכבות פני השטח ושכבות הליבה חולקות סוגים שונים של כוחות מכניים ופיזיקליים בהתבסס על תכונות החומר שלהן, וכתוצאה מכך ביצועים כלליים מצוינים תחת עומסים חיצוניים והשפעות סביבתיות.
מנקודת מבט מכנית, עקרון העבודה של לוחות סנדוויץ' מבוסס על חלוקת עבודה שבה שכבת פני השטח נושאת את העומס ושכבת הליבה מייצבת את הצורה. שכבות פני השטח עשויות בדרך כלל מחומרים בעלי חוזק- גבוה, כגון סגסוגות מתכת, סיבים- מרוכבים מחוזקים, או פלסטיק הנדסי בצפיפות- גבוהה, אשר נושאים בעיקר מתח ולחץ תחת עומס. כאשר הפאנל מכופף, שכבות פני השטח החיצוניות נמצאות במתח, שכבות פני השטח הפנימיות נמצאות בדחיסה, בעוד שכבת הליבה שומרת על המרווח בין שכבות פני השטח עם גיאומטריה וקשיחות גזירה משלה, ומונעת התכווצות מקומית או חוסר יציבות של שכבות פני השטח בלחץ. בעוד שלמבנה קל המשקל של שכבת הליבה (כגון חלת דבש, גלי או קצף) יש חוזק נשיאת עומס ישיר-, הקשיחות הספציפית הגבוהה שלו מפזרת ומעבירה כוחות גזירה ביעילות, מה שמשפר באופן משמעותי את קשיחות הכיפוף וחוזק הלוח בקנה מידה מקרוסקופי, וכתוצאה מכך ביצועים זהים ללוח מוצק בהרבה.
מבחינת תכונות תרמיות ואקוסטיות, עקרון העבודה של לוחות סנדוויץ' מסתמך על אפקט המחסום שנוצר על ידי המבנה החלול או הנקבובי של שכבת הליבה. הצפיפות הנמוכה ומבנה התאים הסגורים או הסגורים למחצה או-סגורים למחצה של חומר הליבה מאריכים באופן משמעותי את נתיב ההתפשטות של זרימת חום וגלי קול בתוך החומר, מגבירים את ההתנגדות התרמית והעכבה האקוסטית, ובכך מפחיתים את הולכת החום והעברת הקול. שכבת פני השטח פועלת כאטם ומגן, מונעת מגורמים סביבתיים חיצוניים לחדור ישירות לשכבת הליבה ושומרת על יציבותה לטווח ארוך בביצועי בידוד תרמי וקול. עיקרון מבני זה חשוב במיוחד עבור יישומים הדורשים גם בידוד תרמי וגם הפחתת רעש, מכיוון שהוא משיג שליטה סביבתית מעולה מבלי להגדיל משמעותית את המשקל.
ביישומים דינמיים להגנה על עומס ופגיעה, עקרון העבודה של לוחות סנדוויץ' בא לידי ביטוי גם במאפייני ספיגת האנרגיה של שכבת הליבה. כאשר הם נתונים לפגיעה, ליבות קצף או חלת דבש סופגות ומפזרות אנרגיה באמצעות דחיסה וקריסת תאים, בעוד שכבת פני השטח שומרת על שלמות ומפזרת באופן שווה את העומס שנותר, ובכך מונעת התפשטות של נזק מקומי לכלל. מנגנון זה מעניק ללוחות סנדוויץ' יכולות עמידות מצוינות בפני פגיעות והפחתת רעידות ביישומי תחבורה, ציוד מגן ויישומי הגנה נגד פיצוץ-ובידוד קול.
היישום הרציונלי של תהליכי ייצור ותהליכים מרוכבים הוא תנאי מוקדם להבטחת מימוש יעיל של עקרון עבודה זה. שכבת פני השטח ושכבת הליבה צריכות להיות מלוכדות יחד בחוזק גבוה או בלחיצה חמה- כדי להבטיח קשר חזק של ממשק והעברת עומס חלקה, ולמנוע כשל בביצועים עקב דלמינציה של הממשק. במקביל, יש לייעל את ההתאמה של ממדים מבניים, צפיפות שכבת הליבה ועובי שכבת פני השטח בהתבסס על ביצועי היעד כדי להשיג את האפקט הסינרגי הטוב ביותר בתנאי עבודה שונים.
באופן כללי, עקרון העבודה של לוחות סנדוויץ' מבוסס על מנגנון סינרגטי רב-פיזיקלי שבו שכבת פני השטח נושאת את מתחי המתיחה והלחיצה העיקריים, בעוד שכבת הליבה מספקת יציבות גזירה ומחסום פונקציונלי. תפיסת התכנון המשולבת של מבנה-חומר-מעניקה לו יתרונות משמעותיים בקל משקל, חוזק גבוה, בידוד תרמי, בידוד קול ועמידות בפני פגיעות, ומספק תמיכה תיאורטית ומעשית אמינה ליישום של רכיבים בעלי ביצועים גבוהים- בתעשיות שונות.