活性炭的吸附特性不但取決于它的孔隙結構，而且取決于其表面的化學性質，比表面積和孔結構影響活性炭的吸附容量，而表面化學性質影響活性炭同極性或非極性吸附質之間的相互作用力。
表面化學性質主要由表面化學官能團、表面雜原子和化合物確定，不同的表面官能團、雜原子和化合物對不同的吸附質有明顯的吸附差別。通常來說，表面官能團中酸性化合物越豐富，越有利于極性化合物的吸附，堿性化合物則有利于吸附弱極性或者是非極性物質。
活性炭在適當的條件下，經過強氧化劑處理，可以提高其表面酸性基團的含量，從而增強其對極性化合物的吸附能力。
實驗研究，通過對活性炭進行強氧化表面處理后，然后對11種不同氣體和蒸汽進行吸附，結果表明改性活性炭對苯、乙胺等的吸附容量大大降低，主要是因為活性炭表面經過強氧化后缺失了大量的微孔，而對氨水和水的吸附能力卻大大增強，這主要是因為活性炭表面氧化物的增加。因此，隨著活性炭表面氧化物的增加，其對極性分子的化學吸附也增強。
通過還原劑對活性炭進行表面還原處理，從而提高堿性基團的相對含量，增加表面的非極性，提高活性炭對非極性物質的吸附能力。表面還原后的活性炭，在對染料處理時表現出不一樣的特性。對于陰離子染料，活性炭表面堿度和吸附效果間有著密切的聯系，吸附機理是活性炭表面無氧與被吸附染料的自由電子的交互作用。對于陽離子染料，活性炭表面的含氧官能團起到了積極的作用，可是經過熱處理的活性炭依然對陽離子染料有良好的吸附效果，這說明靜電吸附和色散吸附是兩種相當的吸附機制。
通過液相沉積的方法可以在活性炭表面引入特定的雜原子和化合物，利用這些物質與吸附質之間的結合作用，增加活性炭的吸附能力。在液相沉積時，浸漬劑的種類是影響吸附效果的主要因素。針對不同的吸附質，可以采用不同的浸漬劑對活性炭進行處理，以得到良好的吸附效果。
值得注意的是，在對活性炭進行表面官能團的改性時，也伴隨著表面化學性質的變化，其表面積、孔容積以及孔徑分布都會有一定的變化，這也會影響到活性炭的吸附。所以，在進行表面官能團的改性時，針對不同的吸附條件和吸附質采取不同的改性，要綜合考慮物理結構和化學結構雙重變化引起的影響。