Unele structuri cristaline dau o sarcină electrică atunci când sunt tensionate sau răsucite, ceea ce este cunoscut sub numele de efect piezoelectric. Acesta este utilizat în multe circuite electronice. Un actuator piezoliniar folosește acest efect în sens invers, deoarece un curent electric provoacă mișcare în cristal. Aceste actuatoare se găsesc adesea în motoarele microelectronice sau foarte mici și acolo unde sunt necesare mișcări mici în linie dreaptă, cum ar fi micro-întrerupătoarele.
Există două tipuri principale de actuatoare piezo, trepte și acțiune continuă, care diferă prin acțiunea care rezultă din intrarea electrică. Un cristal piezo în trepte mișcă o cantitate măsurabilă cu fiecare activare electrică. Acesta este tipul de mișcare asociat în mod normal cu un actuator piezo-liniar, care se mișcă înainte și înapoi într-o mișcare liniară sau dreaptă.
Multe cristale piezo au, de asemenea, frecvențe de rezonanță, unde o intrare electrică de o anumită tensiune va face ca cristalul să rezoneze sau să vibreze la o anumită rată. Efectele de frecvență de rezonanță pot fi utilizate pentru actuatoarele continue, unde fiecare vibrație provoacă o mișcare mică. Profitând de rezonanță, mișcările mici pot fi combinate într-o mișcare care pare continuă.
Un actuator piezo-liniar folosește un tampon de frecare la o suprafață a cristalului care poate fi plasat lângă o tijă, roată sau alt dispozitiv care trebuie mutat. Când cristalul se mișcă, suportul de frecare transferă acea mișcare către dispozitiv. După ce intrarea electrică este oprită, cristalul revine la forma sa inițială și placa de frecare se îndepărtează de dispozitiv până la următoarea activare.
Stratificarea sau stivuirea cristalelor individuale poate duce la mișcări mai mari. Conexiunile electrice sunt realizate la fiecare cristal din stivă, iar atunci când este activată, mișcarea combinată este aproximativ suma fiecărui cristal din stivă. Plasarea cristalelor unul față de celălalt de-a lungul lungimii actuatorului poate crea mișcări liniare mai lungi. Intrarea electrică alternează cu cristalele de pe fiecare parte a tijei actuatorului piezo-liniar, ceea ce o face să se miște mai departe decât o singură intrare.
Mișcarea structurii cristaline nu depinde numai de sarcina electrică, ci și de polaritatea sau direcția fluxului de electroni. Inversarea polarității electrice poate determina deplasarea sau deformarea cristalelor în direcția opusă. Acest efect este folosit pentru a deplasa un actuator piezo-liniar în direcția opusă sau înainte și înapoi prin schimbarea repetată a polarității.