将生物炭掺入土壤可以改善土壤性质和功能，如养分和保水，同时实现大气固碳。此外，使用生物炭作为吸附剂从废水中去除污染物或作为生物过滤器中的多孔介质最近受到广泛关注。生物炭的具体应用取决于其物理和化学性质，而物理和化学性质又由原料性质和转化工艺参数决定。
因此，需要详细了解热解过程中生物质的转化以及热解前或热解后处理的影响，以便定制生产和优化生物炭特性。这包括对生物炭表面积、孔隙度和内部结构的影响，这些影响会影响环境或技术应用中的物理过程，例如土壤中水的运输和储存或生物过滤器中的气体扩散。
生物炭中的孔隙空间很复杂，孔径至少跨越五个数量级，从亚纳米微孔到数十微米的大孔。在热解过程中，挥发物从生物质中释放出来，形成微孔（<2nm）和中孔（2-50nm）。这种所谓的气相孔隙率对总孔隙率的贡献很小，但大大增加了生物炭的表面积。随着热解温度的升高，表面积随着更多微孔的产生而增加，直到达到最大表面积。
在植物性生物炭中，1-100μm范围内的大孔来自细胞植物结构，对总孔体积的贡献最大。由于植物细胞的规则形态和大小，木炭中的大孔隙率由孔径的离散组组成，而不是连续体。木质组织主要由死细胞和空心细胞组成，这些细胞以规则的模式排列。
在软木中，纵向定向气管占细胞的90-95%，通常宽约35-50μm，长3-5毫米，并通过称为坑的小开口连接。径向的薄壁细胞称为射线，在某些软木物种中含有水平树脂管。原始木材的细胞结构在热解木材中仍然可以识别，但热分解会导致细胞壁收缩和变形，结果随着热解温度和加热速率的增加，孔隙出现不规则形状和粗糙的表面。
生物炭大孔隙度有可能通过改变土壤中孔隙空间的体积、大小、分布和连通性来影响土壤水文特性。直径为50-500μm的土壤孔隙负责水和空气的运输，而直径为0.5-50μm的孔隙储存可用于植物根系的水。
一些研究报告说，生物炭提高了田间容量和植物有效含水量，特别是在沙质土壤中。此外，微米级的生物炭孔隙可以被微生物居住，例如土壤细菌和菌根真菌，前提是孔隙不被吸附的有机化合物或冷凝的挥发物堵塞。
尽管整个分类群的微生物细胞直径范围在0.2至750μm之间，但从土壤中提取的古菌和细菌细胞中超过60%的直径小于1.2μm。因此，生物炭中植物来源的微米级孔隙应该足够大，以便为大多数土壤微生物提供可居住的空间。
