有研究表明，水溶态与可交换态重金属的活性最大，且在土壤中的移动性很强，易被生物吸收利用，最终导致植物重金属中毒。反之，交换态和碳酸盐结合态重金属则不易与土壤结合，而残渣态属于不溶态的重金属，迁移能力很弱，只有当其转化为可溶态物质时才有可能对生物产生不利影响。

将改性后的生物炭复合材料投入到受重金属污染的土壤中后，生物炭主要通过以下两个途径改变重金属在土壤环境中的赋存形态的。一方面，生物炭复合材料表面因其带有多余的负电荷可与土壤中金属阳离子发生静电作用，从而改变重金属离子赋存形态，稳定/固化土壤中的重金属。另一方面，高分子壳聚糖、碳纳米管等的加入，为生物炭表面引入了－NH2、－OH等活性基团，这些活性基团可与多种重金属离子配位形成金属螯合物，提高重金属钝化率。

有研究发现向Cu_ Zn复合污染的红壤土地中添加生物炭，土壤环境中的有效态的Cu、有效态Zn含量均有明显减少。也有研究发现富硅生物炭复合材料可将毒性更高的As氧化为流动性较低的As。生物炭能够降低Pb2+的活性，使土壤Pb2+形成稳定的化合物。总之，生物炭施加进入受重金属污染的土壤后，生物炭复合材料表面基团与土壤中的重金属离子发生了一系列反应，出现了水溶态、交换态以及碳酸盐结合态等多种赋存形态，这表明生物炭能够激活重金属离子，降低土壤中可提取态的含量从而形成稳定的化合物。