Eine weitere Möglichkeit, die Oberfläche der Nanokohlenstoffteilchen für eine gute Ankopplung an die jeweilige Matrix zu modifizieren bilden die chemischen Verfahren. Dabei kommen prinzipiell alle Verfahren in Frage, mit denen sich funktionelle Gruppen an Aromaten erzeugen lassen. Oft werden hier aber die zuvor säuremodifizierten Nanoteilchen eingesetzt, da sie im Allgemeinen reaktiver sind und sich die oxidativen Gruppen leicht gegen andere funktionelle Gruppen austauschen lassen.