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由於環境吸附材料和吸附質種類繁多、性質各異，吸附特性和機理都有所不同。吸附特性是外在表現，吸附機理是內在的控制因子，是掌握吸附的關鍵。吸附劑和吸附質的基團決定了吸附機理。常見的吸附作用力包括範德華力、疏水作用、靜電作用（離子交換）、絡合作用、氫鍵作用、π-π作用等。
吸附機理是吸附研究的難點，多數吸附作用力還只能定性分析，目前還做不到定量分析。上述的一些吸附作用力可以通過吸附特性研究、吸附劑和吸附質的性質分析以及各種儀器分析進行分析推斷。例如，陽離子交換樹脂吸附陽離子重金屬，通過分析吸附過程中釋放的離子和吸附的重金屬的關係，可以判斷離子交換是否是唯一機理；通過吸附等溫線分析，可以判斷疏水作用是否為唯一機理；通過分析吸附劑表面的電性以及汙染物在溶液的物種，可以判斷靜電作用是否吸附等。
儀器分析能夠為吸附機理的研究提供可靠的直接或間接證據，目前常用的分析手段包括傅立葉紅外光譜（FTIR），X射線電子能譜（XPS），X射線吸收精細結構光譜（X-ray absorption fine structure，XAFS）、核磁共振光譜（NMR）、紫外可見吸收光譜（UV-vis）等。
1、FTIR分析
FTIR是研究吸附劑表面官能團的有效手段，可以通過分析吸附劑吸附汙染物前後材料表面有效官能團的特徵峰變化來判斷參與吸附的基團。吸附汙染物後，吸附劑表面官能團的特徵峰的位置會發生偏移，從而證明汙染物通過化學鍵吸附到吸附劑表面的官能團上。
例如，氨化吸附劑通過氨基絡合吸附重金屬時，氨基的特徵峰會發生明顯的移動。當吸附劑吸附分子結構複雜的有機物時，吸附後的吸附劑的紅外光譜由於汙染物特徵峰的存在而變得複雜，有時甚至難以看出特徵峰的變化。FTIR分析得到吸附質官能團的特徵峰時，不能說明發生了吸附，因為吸附質也可以通過物理作用或隨溶液殘留在吸附劑表面。紅外光譜需要找出通過化學作用參與吸附的官能團，從而為揭示吸附機理提供依據。
粉末吸附劑可以和KBr混合，壓片後採用投射紅外光譜進行分析；如果樣品是顆粒較大的吸附劑，則需要採用全反射傅立葉紅外光譜分析（ATR-FTIR），樣品直接分析，不需磨碎混合。
2、XPS分析
XPS不僅可以分析出吸附劑表面的元素及其含量，還可以分析出各元素的價態，判斷出同一元素在不同基團的比例。當吸附質通過化學鍵和吸附劑發生作用時，由於電子發生偏移，導致吸附劑表面相應基團的元素電子束縛能發生改變，從而判斷出參與吸附的基團。
另外，分析吸附質的相應元素的電子束縛能也會發生變化，如重金屬被吸附後，其電子束縛能的位置會發生偏移。
3、XAFS分析
XAFS包括X射線近邊吸收光譜（X-ray absorption near-edge structure，XANES）和擴展X射線吸收精細結構光譜（extended XAFS，EXAFS）。XAFS現象只決定於短程有序作用，並且X射線吸收邊具有元素特徵，可以通過調節X射線的能量，對凝聚態和軟態物質等簡單或複雜體系中原子的周圍環境進行研究，給出吸收原子近鄰配位原子的種類、距離、配位數和無序度因子等結構信息，是研究物質局域結構最有力的工具之一。
XAFS分析技術在分析無機物的吸附機理方面有廣泛的應用。例如，在研究磁赤鐵礦吸附As（III）和As（V）的機理時，XANES證明了As（III）在吸附中沒有被氧化，EXAFS分析出As（III）和As（V）都和磁赤鐵礦發生了內層配位，並測出As-Fe之間的距離。
4、NMR分析
NMR技術是利用具有自旋特性的原子核在外加磁場中吸收射頻脈衝能量在相鄰能級發生躍遷，產生共振。核磁共振已成為一種鑑定化合物結構和研究化學動力學的極為重要的方法。在吸附研究中，可以分析吸附劑表面吸附分子的狀態，特別是分子篩等材料表面的吸附行為，是研究吸附劑和吸附質之間相互作用的有效方法。
例如，在研究芳香族化合物在碳納米管上的吸附機理時，利用13C-NMR分析高磁場化學位移，為吸附中的π-π電子供受體（electron-donor-acceptor，EDA）作用提供了依據。
來源：鄧述波,餘剛.環境吸附材料及應用原理[M].科學出版社,2012.