煤基活性炭中微晶的大小和相互取向各不相同，微晶曾晶格和其他层之间形成了桥键。同时，碳原子以外的其他杂原子或者结合在微晶的端部形成表面氧化物，或者进入碳原子的层内形成杂环化合物，打断了碳原子结合的规律性排列，从而形成了各种独特的表面化学性质。

氧和氢是煤基活性炭所含最多的杂原子，大部分以化学键与碳原子结合形成有机官能团，形成了活性炭组成的有机部分。

在活性炭的表面，以含氧官能团的形式，分别存在着酸性官能团，中性官能团和碱性官能团。酸性官能团里有羧基（-COOH）、羟基（-OH）和羰基（-C=O）；中性官能团里有醌型羰基；碱性官能团为（-CH₂）基或者（-CHR）基。一般来讲，活性炭的氧含量越高，其酸性越强。具有酸性表面基团的活性炭具有阳离子交换特征，氧含量低的活性炭表面表现出碱性特征及阴离子交换特征。除了含氧基团以外，含但官能团也对活性炭的性能产生显著影响，可以通过活性炭与含氮试剂反应和用含氮原料制备两种方式引入。