化學性質
炭黑的生產工藝不同，則表面的化學性能也有差別。大多數炭黑的真實表面積大於由粒徑計算出的幾何表面積。這是由於炭黑特別是粒徑小於25nm 的炭黑表面存在許多微孔。
據分析，可在炭黑表面檢測如酚基、醌基、羧基等基團，這些酸性基團濃度在氣黑和氧化爐黑的表面特別高。在爐黑中可檢測到吡喃酮結構，這種結構決定了爐黑的鹼性性質。揮發份含量可判斷表面官能團的濃度，也可測得炭黑的極性。另外由於炭黑的表面積較大，容易吸附揮發份環境中的水分，所以炭黑在運輸，貯存及使用過程中要特別注意吸濕問題。
大部分都是探討導電粒子接觸的幾何學研究。該理論認為，炭黑填充量越大，處於分散狀態的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大，粒子間的平均距離越小，相互接觸的機率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導電通路也越多。不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大，炭黑臨界體積分數就越大，意味著體系的導電性下降，因為炭黑表面含有很強的極性基團，基體極性大，作用增強，這時強度增加，卻妨礙導電粒子自身的凝集，以致導電性差。但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由於不同基體的極性不同，填充炭黑會產生偏析現象，這時導電性能取決於炭黑粒子在偏析相中的濃度和分佈狀態，還取決於偏析相高聚物所佔比例。
黑度
黑度是指炭黑所具有的黑色呈現強度。炭黑作著色時，黑度主要基於對光的吸收，對於特定濃度的炭黑，炭黑越細小，則光吸收程度越高。黑度除了受炭黑內部的光吸收外，也受由於粒子表面幾何機構的影響而產生了具有增亮效應的光散射，這會降低黑度。隨著粒徑的減小，光散射程度降低。只有對於很細的炭黑，提高炭黑的濃度才能提高黑度，對於粗大的炭黑，具支配因素的光散射程度因炭黑數增加而提高，黑度反而相應降低。
著色強度
著色強度可以理解為抵消白色顏料增白能力的效果。著色強度也是隨著原生粒子的粒徑減小和結構的減小而提高。
色調
“炭黑粒子”的光散射程度，隨著粒徑的減小而降低，除了影響增光效應，也影響色調，原因如下:當可將光穿過一主色為黑色的著色層時，短波的藍光比長波的紅光的散射效應更強烈。炭黑越細，這種效應越顯著。紅光成分由於散射損失較小，因此進入著色層的深度大一些。藍光總體散射強烈，在相反方向，即後方的散射也強烈，於是又從著色層中反射出來。當觀察反射過程時，經細炭黑著色的出現藍色色調，會給人黑度更高的感覺。如果炭黑粗大，則相應地呈現棕色色調。當觀察透射過程時，相同的著色層(不完全透明的薄膜)的色調關係正好相反，隨著粒徑的減小，散射較強的藍光穿過著色層的深度較小，即藍光穿過著色層至另一面成分較少，從另一面穿出來。因此，由於在觀察的那一面缺少藍光成分，著色層在透射過程中觀察時，便呈現棕色色調。當以鈦白粉調灰(灰色色調)時的情形，與在透射過程中觀察主色的著色狀況相似，光線在含有黑色顏料塑料片中的白顏料中來回散射，越小粒徑的炭黑，會使可見光內藍光的散射越強，因此較多其餘的紅光部分便透射過來，呈現出帶黃色色調的灰色，相反地，如著色時用粗粒徑的炭黑，尤其是較為粗大的燈黑，則會得到帶藍色色調的灰色。
分散性
顏料黑越細，炭黑聚集體之間接觸點便越多，結果它們之間內聚力越強，當把顏料黑摻入料，即開始進行始炭黑均勻分佈時，則對分散要作的功便大，以把炭黑粒子分隔開來，達到較高的黑度和著色。與高結構炭黑相比，低結構炭黑較有可能達到高的濃度，但在分散過程中卻因此需要較大分散力。炭黑的分散性能受結構程度的影響，由於高結構炭黑具有良好的分散性能，所以其著色強度也就自然較強。
在使用粉狀炭黑時，會出現分散及令人頭疼的灰塵問題，因此，可使用母粒或漿狀物。
預製炭黑的價格要比單純使用顏料黑要高，但若考慮到清潔的工序、高的效率及技術投資少的優點，炭黑製劑是有其價值的。
光穩定性
光會使塑料老化，尤其是陽光中的紫外線會加速塑料的老化。在配合運用有機紫外光吸收劑和抗氧化劑可使壽命延長。然而顏料黑仍然被認為是較好的紫外線穩定劑。
顏料黑作為紫外光吸收劑，主要用作延長塑料製品在戶外使用壽命。
濃度為 0.5%的小粒徑炭黑(20 nm)與 2%的相對粗粒徑的炭黑(95 nm)差不多具有同樣的光保護作用。
食品接觸
所有涉及到食品衛生法規定的日用品的著色顏料，包括顏料須符合規定的純淨標準。這些標準規定了一般顏料它的重金屬的含量，其組分在 0.1N 鹽酸中的溶解度(和胃液的酸度一樣)，以及規定芳香氨的含量。而後，特別制定了關於炭黑的純淨標準，而這一標準不同。
