活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面的化学性质，比表面积和孔结构影响活性炭的吸附容量，而表面化学性质影响活性炭同极性或非极性吸附质之间的相互作用力。
表面化学性质主要由表面化学官能团、表面杂原子和化合物确定，不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质有明显的吸附差别。通常来说，表面官能团中酸性化合物越丰富，越有利于极性化合物的吸附，碱性化合物则有利于吸附弱极性或者是非极性物质。
活性炭在适当的条件下，经过强氧化剂处理，可以提高其表面酸性基团的含量，从而增强其对极性化合物的吸附能力。
实验研究，通过对活性炭进行强氧化表面处理后，然后对11种不同气体和蒸汽进行吸附，结果表明改性活性炭对苯、乙胺等的吸附容量大大降低，主要是因为活性炭表面经过强氧化后缺失了大量的微孔，而对氨水和水的吸附能力却大大增强，这主要是因为活性炭表面氧化物的增加。因此，随着活性炭表面氧化物的增加，其对极性分子的化学吸附也增强。
通过还原剂对活性炭进行表面还原处理，从而提高碱性基团的相对含量，增加表面的非极性，提高活性炭对非极性物质的吸附能力。表面还原后的活性炭，在对染料处理时表现出不一样的特性。对于阴离子染料，活性炭表面碱度和吸附效果间有着密切的联系，吸附机理是活性炭表面无氧与被吸附染料的自由电子的交互作用。对于阳离子染料，活性炭表面的含氧官能团起到了积极的作用，可是经过热处理的活性炭依然对阳离子染料有良好的吸附效果，这说明静电吸附和色散吸附是两种相当的吸附机制。
通过液相沉积的方法可以在活性炭表面引入特定的杂原子和化合物，利用这些物质与吸附质之间的结合作用，增加活性炭的吸附能力。在液相沉积时，浸渍剂的种类是影响吸附效果的主要因素。针对不同的吸附质，可以采用不同的浸渍剂对活性炭进行处理，以得到良好的吸附效果。
值得注意的是，在对活性炭进行表面官能团的改性时，也伴随着表面化学性质的变化，其表面积、孔容积以及孔径分布都会有一定的变化，这也会影响到活性炭的吸附。所以，在进行表面官能团的改性时，针对不同的吸附条件和吸附质采取不同的改性，要综合考虑物理结构和化学结构双重变化引起的影响。