As propriedades de adsorção do carvão ativado dependem não só da sua estrutura porosa, mas também da sua composição e estrutura química. Para além do carbono, o carvão ativado contém também dois tipos de misturas, um são elementos quimicamente ligados, principalmente hidrogénio e oxigénio. Estes elementos permanecem no carbono devido à carbonização incompleta da matéria-prima; ou durante o processo de ativação, a ligação química de elementos não-carbono estranhos à superfície do carbono, como quando ativado com vapor de água, a superfície do carbono é oxidada, e o outro tipo de mistura é a cinza.

Na superfície do carvão ativado, a força de adsorção depende principalmente da força de dispersão na força de Van der Waals e das alterações na estrutura microcristalina básica. Por exemplo, quando existe uma camada de grafite incompleta no microcristalino, o arranjo das nuvens de eletrões no esqueleto de carbono será significativamente alterado. Portanto, a saturação incompleta da valência ou o aparecimento de eletrões desemparelhados terão um impacto nas propriedades de adsorção do carvão ativado, especialmente para substâncias polares ou polarizáveis. Outro efeito é que a presença de átomos não-carbono na estrutura do carbono terá um impacto significativo no desempenho de adsorção do carvão ativado. As forças de Van der Waals incluem três tipos de forças: força de orientação, força de indução e força de dispersão. A força de orientação refere-se à atração elétrica positiva e negativa entre os dipolos fixos de duas moléculas polares; a força indutiva refere-se à força gerada pelo dipolo fixo de uma molécula polar que induz uma molécula não polar a produzir um dipolo instantâneo; e a força de dispersão é alcançada pela atração de duas moléculas não polares após os dois dipolos instantâneos serem gerados pelo movimento dos seus respetivos eletrões. Em compostos moleculares, a maioria das forças intermoleculares é alcançada por forças dispersivas.