由活性炭结构的最小单位原子开始，而后解析其结构单元，对活性炭的机能基础的原子性结构进行说明。
碳原子具有 (2S) 2、(2p)2两种价电子，化学结合时形成Sp、Sp2、SP3三种混合轨道。特别是构成活性炭的基本结构单元时结构，是由sp2混合轨道所形成的、结合角为I20°的平面结构。严格说来，一种二元格子结构，，可以说是活性炭的碳原子排列中所能见到的唯一的规则结构。由这样排列的碳原子所形成的基底面规则性地积层结构所构成的三元结晶称作石墨。在X射线衍射中能观察到三元结构形成的峰，但是，构成活性炭的孔璧的碳素固体虽然叫做石墨状微晶，二元格子却没有采取石墨那样规则性的乱层结构。
活性炭表面的四种官能团，最初以内酯形式存在，采取了一种邻位羟基内醚的结构，由于碱的作用才变成敞开型、浩性炭的表面官能团参与有机化学中已知的那些通常的化学反应。即羧基和重氮甲烷、醇、乙酷氯、亚硫酰二氯反应;苯酚和对硝基氯化苯反应;乙醇盐和羧基反应并再和轻胺反应而形成肟。
关于活性炭表面官能团的鉴定，由于难于使用红外光谱等测定手段，所以试用已知的化学反应对这些官能团进行鉴定。这类鉴定是利用有机化合物的羧基、醇、醌等的反应性，鉴定氢氧根的方法和二氧化硅、氧化铝等金属氧化物的表面氢氧根的简单方法相同。
