Kvartskella südamik on kvartskristall. Kvartskristalli tööpõhimõte hõlmab piesoelektrilise pöördefekti kasutamist elektrivälja tekitamiseks, mis paneb kristalli vibreerima, mille tulemuseks on mehaaniline reaktsioon. Kuna kvartskristalli tekitatud elektrivälja tugevus on väga väike, on selle deformeerumiseks vaja ainult nõrka välist elektrivälja. See omadus muudab kvartskella mehaanilise jõudluse stabiilsemaks.
Kvartskristallidel on ka üks eriti tähelepanuväärne omadus: kui mõlemale poolele rakendatakse samaaegselt positiivseid ja negatiivseid voolusid, paindub negatiivse vooluga pool U{0}}kujuliseks. Kui kvartskristalli mõlemale küljele rakendatakse korrapäraste ajavahemike järel vaheldumisi positiivseid ja negatiivseid voolusid, hakkab kristall võnkuma ja selle võnkesageduse alusel määratakse kellaaeg.
