Хемосорбцию отличает высокая химическая специфичность. Энергия связи при хемосорбции составляет 1–10 эВ, что приводит к выделению значительного количества тепла. Для хемосорбции характерно наличие активационного барьера, поэтому при повышении температуры хемосорбция ускоряется. В ряде случаев процесс может происходить необратимо. При хемосорбции наблюдаются значительные изменения электронной структуры поверхности, что приводит к так называемым химическим сдвигам электронных уровней, которые можно анализировать с помощью методов электронной спектроскопии. Сильное взаимодействие и разнообразие типов взаимодействия приводят к тому, что характер хемосорбции может значительно отличаться для различных систем в зависимости от химической природы адсорбатов и адсорбентов.