硅烷偶联剂的作用机理涉及多种理论，化学键理论是最常见的解释方式。硅烷中的X基团可以与无机材料表面的羟基形成化学键，而Y基团则与树脂反应形成化学键，从而实现不同性质材料之间的“偶联”。此外，浸湿效应和表面效应理论也提出，通过提高材料表面张力，促进有机树脂在无机材料表面的浸润与展开，增强粘接效果。形态理论则认为硅烷处理剂可以改变邻近有机聚合物的形态，通过产生挠性树脂层或紧束聚合物结构，改善粘接效果。

硅烷偶联剂的作用还受到硅烷的水解和缩合过程的影响。水解过程中，弱酸性条件有利于硅烷的水解，而弱碱性条件则有利于缩合反应。硅烷的化学结构，特别是有机基团的取代基数量和类型，也会影响水解和缩合反应的进行。温度和硅烷浓度同样对水解和缩合过程有显著影响。温度升高可促进键的形成、断裂和重组，硅烷浓度则影响硅氧烷层的厚度。

有机材料的化学结构和反应条件也会影响硅烷偶联剂的作用。无机材料表面的羟基浓度和类型，以及所形成键的水解稳定性，同样对硅烷偶联剂的作用有重要影响。含羟基的无机材料，特别是那些含有氢键的邻硅烷醇，与硅烷偶联剂反应更容易。基材的物理尺寸或特性也会影响硅烷偶联剂的作用效果。

表面张力是另一个重要因素。临界表面张力与固体的润湿性和释放特性密切相关。液体表面张力低于基材临界表面张力时，液体能够润湿表面，接触角为0，表明液体与固体之间的吸附行为较强。临界表面张力的大小直接影响硅烷偶联剂与基材的耦合反应，临界表面张力大于45达因/厘米时，表面通常表现出亲水行为；而临界表面张力小于35达因/厘米时，则表现出疏水行为。