热解过程中，生物质原料的结构基本印记在了生物炭中，对生物炭的物理化学性质具有决定性影响。生物质热解过程中，质量损失(大部分以挥发有机物的形式)及不相称的收缩或体积减少的发生，导致矿物及碳骨架形成，并且保留了原料的基本孔隙和结构特征。生物炭的孔一般按直径大小分为大孔(ID>50nm)、中孔(2nm<ID<50nm)和微孔(ID<2nm)。生物炭中保留的植物生物质原料的蜂窝状结构构成了其主要的大孔。微孔主要由热解过程中碳的损失及碳架的断裂收缩形成。虽然大孔可能会作为微孔的前体，但是微孔贡献了生物炭的大部分比表面积，微孔的含量与比表面积呈正相关。生物质炭在酸性土中能提高土壤pH，降低铝毒。西藏水稻生物质炭
生物质炭对土壤有机碳分解产生负激发效应的机制包括：（1）生物质炭中含有一定量的可利用有机碳成分，微生物可能会优先利用这部分碳，从而减少了对原有机碳的分解；（2）生物质炭含有一定量的有毒化合物（酚类），能抑制微生物对有机碳的分解活性；（3）生物质炭丰富的孔隙结构和比表面积对土壤有机质具有包裹和吸附作用，可能会隔离微生物及其产生的胞外酶与受保护的有机碳的接触，从而降低有机碳的分解；（4）生物质炭促进土壤有机-无机复合体的形成，从而增强土壤有机质的稳定性。而生物质炭对土壤有机碳分解产生正激发效应的原因可能是由于生物质炭的多孔性及其所含的营养元素为微生物的生长繁殖提供了有利的环境，从而增加微生物的数量和活性，促进其对土壤有机碳的矿化分解。山东油菜生物质炭生物质炭对土壤碳库的影响除了其本身保留的碳外，还包括其对土壤原有机碳分解增加或减少的量。
生物炭密度低，呈碱性，吸水能力大。1克生物炭可吸4克左右水。11年连续每年施用12t/ha玉米秸秆炭，土壤容重从不施生物炭的1.06gcm-3降低到0.73gcm-3，田间持水量(waterholdingcapacity)从50%增加到78%，田间土壤水分含量从26%提高到37%。不同于大量一次施用生物炭，连续11年每年施用12t/ha生物炭对土壤pH没有明细影响。降低了土壤有效态铁（Fe）、锰（Mn）和铜（Cu），但增加了有效锌(Zn)含量。增加了土壤总碳、易氧化碳和可溶性有机氮含量。连续11年每年施用2.4t，6t和12t/ha使土壤饱和导水率增加了14%，31%和55%，土壤阳离子交换量（cationexchangecapacity-CEC）分别增加了5.76到20.35%。CEC的增加对提高土壤K+，NH4+吸持量具有重要意义。理论上计算，每增加CEC1cmolkg-1，可增加K+吸持0.68t/ha，或NH4+吸持0.25t/ha。生物炭还能降低土壤比较高温，提高土壤比较低温，减小土壤温度变幅。
生物质炭可以改良土壤：生物炭多孔状、容重低、粘性小，能够降低粘质土壤的容重和硬度，改善土壤板结，提高土壤的透气性。生物炭可以增深土壤颜色，增加土壤吸热能力，进而提高土壤温度，促进农作物生根发芽。生物炭具有优良的吸附和持水能力，能够稳定和增加土壤团聚体，改良沙土质贫瘠土壤，增加持肥持水能力。生物炭能够改良土壤的酸碱度，改善土壤墒情。生物炭能够改善土壤微生物生长环境，提高微生物丰度，促进微生物对矿物分解和多糖分泌，提高土壤肥力。生物炭能够束缚土壤中的重金属和有毒物质，净化和吸收污染物，避免它们进入植物体，并且可以抑制土壤病虫害繁衍累积，对改善农作物品质有较好效果。秸秆生物质炭可以吸附并稳定土壤中的营养物质，提高土壤肥力。
生物炭具有高的吸附能力。生物炭的孔隙结构能降低土壤容重、降低土壤密度，生物炭具有较大的比表面积和较高表面能，有结合重金属离子的强烈倾向，因此能够较好地去除溶液和钝化土壤中的重金属。李力等的镉去除实验中BC350和BC700两种玉米生物炭的比表面积分别为7.72m2/g和120m2/g，结果显示BC700对Cd(Ⅱ)的吸附容量大于BC350，解吸率远小于BC350，吸附效果更好；刘玉学等研究比表面积为81.8m2/g、总孔容积为0.080cm3/g的稻秆炭和比表面积189.6m2/g、总孔容积为0.175cm3/g的竹炭对小青菜及其土壤的影响，结果显示生物炭的施入能降低土壤容重。生物质炭施入土壤被普遍认为可以将大气中的碳有效地固存在土壤之中。山东油菜生物质炭
生物质炭中的碳元素有着高度芳香化的特征，生物质炭在土壤中极为稳定，它的固碳时间达数百年至数千年之久。西藏水稻生物质炭
在气候变化的大背景下，农田固碳（增加土壤有机质）减排（来自有机质分解产生的甲烷和化肥施用产生的氧化亚氮）是农业实现碳中和的目标和技术途径。科学家比较了多种减排技术，发现生物质炭土壤施用固碳减排潜力极为。和碳固定与碳封存、生物能源利用、土壤固碳等当前较为流行的技术相比，生物质炭化还田环境代价小、成本低，且经济可行。即利用了农业生产产生的废弃物质，又进一步起到了固碳减排的作用。因此生物质炭在未来绿色农业中具有极大的应用潜力。西藏水稻生物质炭
