炭材料的孔隙從根源上可分為粒內孔、粒間孔 2 種；按孔半徑大小劃分為微孔、中孔和大孔；形態上有開放孔、封閉孔 2 種；根據強度大小可分為剛性孔和彈性孔。活性炭大部分孔的尺寸在納米級，絕大多數孔隙屬于粒內剛性孔。
活性炭孔結構很大程度上依賴于前驅體和炭化、活化工藝條件（包括溫度、升溫速率、停留時間等）。相鄰六角碳層之間的石墨通道呈狹縫形狀，這些孔彈性可變，嵌入或負載各種原子、離 子、分子可形成嵌入化合物。在非石墨化炭（如玻璃態炭）中易形成封閉孔，吸附檢測過程中無法測出這部分孔道，在二次炭化提升過程中， 可以將這些孔打開，從而提升其吸附能力。制備泡沫炭的過程中，炭化后將聚酰亞胺注入到聚乙烯泡沫中，在大塊泡沫的中心會形成幾微米大小的巨大孔隙，因此泡沫可以漂浮在水面上。膨脹石墨微粒之間易形成大孔，當遇到微小機械應力或吸附大量重油時這些大孔會發生形變，因此這類孔隙被劃分為粒間彈性大孔。
近年來對納米技術越來越關注，炭材料孔結構也要求控制到納米級，文獻資料中也經常提及炭納米孔和納米多孔炭，但關于納米孔的定義至今仍沒有系統的描述。不同孔徑的炭材料表征方法也不一樣。微孔和中孔炭材料通常采用 N2 等溫吸附-脫附法（ 77 K）進行分析，有時也會使用其他氣體如 CO2、 H2、 H2O、 Ar、 CH4。氣體等溫吸附-脫附表征炭材料孔結構的解析方法主要有 B.E.T、 DFT、 t-plot、 αS-plot、 BJH、 HK等。但是，這類分析方法僅能檢測開口孔。若孔徑小于這些氣體分子，則氣體分子無法通過孔道，導致無法檢測。這種孔即為封閉孔，有時也稱為隱藏孔。因此，需要使用不同分子大小的氣體對多孔炭進行分析表征。目前關于氣體吸附的基本理論、設備、檢測實例、分析過程及所得結果在諸多文獻中都有記載。 X 射線小角電子散射法（ XRS）是表征封閉孔比較好的方法，同時也可檢測開口孔[23]。大孔通常采用壓汞法進行測定，但對于易碎的膨脹石墨不宜使用該表征方法。表征六角炭層間固有孔和層間距時可采用 X射線衍射（ XRD）技術。硅內標法能夠準確測量層間距的寬度。
近年來多利用高分辨率顯微鏡技術直接觀測炭材料的表面孔隙，如掃描隧道顯微鏡法（ STM）、透射電子顯微鏡法（ TEM）可用來檢測微孔及中孔。掃描電子顯微鏡檢查法（ SEM）、光學顯微鏡法可檢測大孔。為準確測定炭材料孔隙必須進行大量觀測和數據處理工作，同時還需要圖像處理技術。這些技術不僅可以表征孔徑大小、孔隙分布，還能測定孔的斷面形態、孔容積及孔道的平滑度（分形維數）。
掃描隧道顯微鏡法（ STM）僅能檢測到樣品物理表面上孔隙入口處的形態。對孔隙進行量化分析時，應將孔隙與表面凹陷區別開來。判斷是否屬于孔隙常用的標準有兩種：以分析球狀玻璃炭經過空氣氧化在其表面形成的孔為例， 1）孔道陡峭且傾斜度一致， 2）孔有一定的深度，傾斜頂點未到達孔隙底部。采用 STM 技術觀測到天然石墨基面經離子撞擊而形成的表面缺陷。在 TEM 圖像中，薄切片被高度放大，因此用肉眼即可觀測到孔隙。研究者們運用 SEM 技術成功表征了石墨微晶的粒間剛性孔特性。
科研工作者研究出一種新工藝來構造石墨微晶的斷裂面。斷裂情況不同，斷裂面的分布、長軸和短軸長度、縱橫比、分形維數也不同。測定膨脹石墨粒間彈性大孔時，應先經過涂抹石蠟、切薄片兩步預處理后才能使用透射光學顯微鏡進行表征。 他們使用光學顯微鏡檢測并分析了各向同性高密度石墨圓滑斷面上的大孔，并討論了經光學顯微鏡圖像處理得到的孔結構參數與各向同性高密度石墨機械特性之間的關系。表中列出了各種孔結構表征方法的優缺點比較：
炭材料孔結構表征方法及各自的優缺點比較
