목재는 옛날부터 건축물, 농기구와 배를 만드는 등 여러 가지 힘받이 용재로 쓰여왔다. 목재는 다른 재료에 비하여 가벼우면서도 큰 강도를 지닌 성질을 이용한 것이다. 목재에 외력이 작용하면 내부에서 저항하는 내력이 생기고, 목재의 크기와 형상이 변화한다. 이때에 단위면적당 내력을 응력(stress)이라 부르고, 크기와 형상의 변화를 변형(deformation)이라 부른다. 변형에 있어서도 단위 길이당 변형을 변형률(strain)이라 한다.
목재에 작용하는 외력이 차츰 증가하면 응력과 변형은 비례한계까지 직선관계가 성립하고, 외력을 제거하면 변형도 회복되어 원형으로 되돌아간다. 외력이 비례한계를 초과하면 소성변형이 나타나면서 변형은 더욱 커지고, 외력이 목재조직의 응집력을 초과하면 파괴되고 만다. 비례한계에서 응력을 비례한응력(비레한도, FSPL)이라 부르고, 파괴시에 응력을 파괴응력, 극한응력, 또는 강도(strength)라 부른다. 응력과 변형 등을 다루는 성질이 기계적 성질이다.
목재를 구조물로 쓸 때 파괴되지 아니하고 뚜렷한 변형없이 얼마의 하중을 지지할 수 있는가를 아는 것은 매우 중요하다. 목재는 자연산물이므로 기계적 성질에 변이가 있다. 특히 목재는 다른 재료와 달리 불균질 재료이고, 방향성을 지닌 異方性材科(anisotropic material)이기 때문에 기계적 성질도 매우 복잡하며, 여러 종류의 응력과 변형률을 갖는다. 외력을 받을 때 고무줄과 같이 많이 변형하는 재료가 있는가 하면, 강철과 같이 변형이 적은 재료가 있다.
고무줄과 같이 원형으로 되돌아가는 탄성이 큰 재료가 있는가 하면, 젖은 진흙과 같이 한번 변형되면 원형으로 되돌아가지 않는 소성이 큰 재료가 있다. 목재는 탄성과 소성이 있고, 방향에 따라 차이가 있다. 목재가 갖는 탄성과 소성은 활과 같이 탄성을 이용하는 경우가 있는가 하면, 휘어서 만드는 곡목제품은 소성을 이용한다. 목재의 소성은 증기처리나 약품처리에 의해 증가시킬 수 있다.
응력과 변형률의 관계를 나타낸 선을 응력 ·변형선도(S-S diagram)라 부른다. 비례한계 내에 직선의 기울기가 탄성계수(MOE), 또는 영률이다. 즉 탄성계수는 비례한계 내에서 응력과 변형률의 기울기를 말한다. 탄성계수의 값이 클수록 변형이 적은 재료이다. 파괴 없이 많이 변형할 수 있는 성질을 유연성이라 부르고, 변형에 대한 저항이 큰 성질을 剛性(stiffness)이라 부른다. 목재의 강성과 유연성의 대조 수단으로써 탄생계수를 이용한다. 탄성계수가 크면 강성은 커진다. 탄성계수가 큰 재료를 강성재료라 부른다.
목재의 탄성계수는 수종과 방향에 따라 상당한 차이가 있다. 목재의 섬유방향 영률은 방사방향과 접선방향의 영률보다 크다. 소나무 기건재의 경우를 보면, 섬유방향 영률(Ee)은 120 ×10³㎏/㎠이고, 방사방향 영률(Er)은 1.25 ×10³㎏/㎠이며, 접선방향 영률(Et)은 6.5 ×10³㎏/㎠로서 방향간에 큰 차이를 나타내고 있다. 목재에 하중을 가할 경우 섬유방향의 저항력이 크다는 사실을 알 수 있다. 일반적으로 목재의 영률은 섬유방향의 영률을 의미한다. 소나무재와 다른 재료의 영률을 비교하여 보면, 강철은 목재의 17배 정도이고, 유리는 목재의 4.2 ~ 6.5배이다.
또한 유리와 백묵과 같이 외력에 의해 변형이 거의 일어나지 않고 파괴되는 성질을 脆性(brittleness, 또는 brashness)이라 부른다. 건전 목재는 취성을 갖지 않으나, 썩기 시작하면 취성을 나타낸다. 취성목재(brashwood)는 하중을 받을 경우 저항의 표시가 제대로 나타나지 않고, 예고 없이 갑자기 파괴되어진다. 광산 내부의 항목은 여러 가지 지지용으로 쓰고 있는데, 온습한 조건에서 목재가 차츰 부후되어 언젠가는 취성목재가 되어 갑자기 파괴되므로 사고의 원인이 되고 있다.
목재의 강성은 비중이 클수록 증가하고, 함수율이 높을수록, 그리고 온도가 상승할수록 감소한다. 이 밖에 옹이와 같은 자연적 결점에 의해서도 크게 감소한다. 목재의 강도는 외력의 종류, 하중의 속도가 가하는 방법에 따라 여러 종류의 강도가 있다. 외력이 나사를 조이듯 서서히 일정한 속도로 가할때의 강도를 정적강도라 하고 또한 극히 짧은 시간에 충격적인 외력이 작용하여 파괴될 때의 강도를 동적강도(dynamic strength)라 부른다. 전자는 재질 판정의 척도가 되며, 후자는 야규 방망이와 같은 충격하중을 받는 운동구 용재의 적부 등에 활용된다.
주요한 정적강도에는 압축강도, 인장강도, 휨강도와 전단강도 등이 있다. 기건상태의 소나무 섬유방향의 압축비례 한도와 강도는 435㎏/㎠과 747㎏/㎠정도이다. 충격흡수에너지가 큰 목재를 강인목재(touth wood)라 하고, 작은 목재를 취약목재(brittle wood)라 부른다. 미국산 hickory는 강인목재의 대표적인 수종이며, 우리나라산 수종에는 들메나무와 물푸레나무가 야구방망이에 쓰이고, 참나무류는 농기구 자루에 쓰인다. 일반적으로 침엽수는 활엽수보다 취약하다. 활엽수 중에서도 피나무와 사시나무 그리고 열대산 나왕은 충격강도가 약하다.
힉코리와 나왕으로 만든 두 가지 삽을 사용한 경험이 있는 사람은 수명의 차이를 짐작하고도 남을 것이다. 어떠한 재료도 하중을 가하고 제거하는 등 반복하중을 가하면 내부 변화가 촉진되어 약화된다. 목재는 결정적 구조를 갖는 금속보다 반복하중에 대하여 덜 민감하다. 철교의 빔은 피로강도의 중요성을 나타내는 실례 중의 하나이다. 자연적 결점이 없고 통직목리를 가진 목재의 피로강도는 2백만 주기의 휨하중을 받을 때 정적휨강도의 60% 정도이다.
목재의 강도는 수목의 생장특성과 사용조건에 따라 영향을 받는다. 생장특성과 관련한 목재인자는 여러 가지가 있다. 목재강도는 목재비중이 클수록 증가하고, 목리경사가 증가하면 감소한다. 참나무와 물푸레나무와 같은 환공재는 연륜폭이 �어지면 강도가 커진다. 그러나 침엽수재는 연륜폭이 넓어지면 강도는 오히려 감소한다. 이 밖에도 옹이와 이상재 등 자연적 결점도 목재강도를 약화시킨다. 사용조건이 강도에 미치는 영향을 살펴보면, 먼저 함수율이 증가하거나 온도가 상승하면 강도가 약화된다.
즉 하중을 장기간 받고 있는 목재의 파괴하중은 단기하중을 받고 있는 목재의 강도보다 작다. 강도의 감소정도는 하중의 작용 시간에 비례하나 10년간 휨하중을 계속 받고 있는 목재는 수 분동안 정적하중을 적용하여 구한 표준강도의 60%정도에 불과하다. 따라서 하중의 지속시간은 구조재의 안전허용응력 계산에 쓰인다. 이 밖에 병충해를 받거나 강한 산과 알칼리 등의 약제와 접촉하면 강도가 감소된다. 목재의 기계적 성질에 미치는 영향은 약품의 종류에 따라 다르다.