目前，二氧化硅的工业生产以沉淀法为主，所生产出的二氧化硅表面含有大量羟基等极性基团，导致其极易吸附水分子、分散性较差、易发生二次聚集等问题，从而影响二氧化硅的工业应用效果。因此，二氧化硅在工业应用前大多需要进行表面改性处理，以提高其工业应用性能。
　　
　　现阶段，二氧化硅化学表面改性主要有表面接枝改性、偶联剂改性、离子液改性、大分子界面改性及并用改性等，各改性工艺虽然均具有各自的优势及特点，但目前在工业应用上主要是以偶联剂改性为主。
　　
　　1、二氧化硅表面接枝改性
　　
　　表面接枝改性法的原理是通过化学接枝法在二氧化硅的表面接枝与基体聚合物(如橡胶)性质相同的大分子聚合物，一方面能够增强粒子与基体之间的作用力并改变粒子表面的极性，另一方面也能提高二氧化硅自身的分散性。
　　
　　适合接枝分子量较小的聚合物，接枝的聚合物分子量较高时条件苛刻。
　　
　　2、二氧化硅偶联剂改性
　　
　　偶联剂改性的原理是利用偶联剂上的部分官能基团与二氧化硅表面的羟基发生化学反应，以此改变二氧化硅表面的基团结构和分布来提高与基体的相容性以及自身的分散性。偶联剂改性具有改性效果好、反应可控性高等优点，是目前应用最广的改性方法之一。
　　
　　目前使用较为广泛的偶联剂有硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂和硅氮烷偶联剂等。在实际应用中偶联剂改性的主要工艺分为混合反应、冷却分离、重复洗涤和沉淀四个步骤。
　　
　　3、二氧化硅离子液改性
　　
　　离子液体也称室温离子液体，是由有机阳离子与有机或无机阴离子构成，在100℃以下呈液态的熔盐。离子液改性是采用离子液体改性剂代替传统的有机相改性剂来改性二氧化硅，离子液相较于传统有机相改性剂具有室温下呈液态、导电性强、稳定性高和溶解性好等优势，且其不挥发、不易产生污染，更加符合绿色生产的要求，但改性效果较差。
　　
　　离子液改性工艺流程较为简单，在二氧化硅和离子液的混合体系中加入一定量的无水乙醇后再放入恒温水浴箱中反应，待反应充分后干燥即可得到改性二氧化硅。
　　
　　4、二氧化硅大分子界面改性
　　
　　大分子界面改性所用的改性剂是一种含有极性基团的大分子聚合物，在与二氧化硅粒子的改性反应过程中，大分子界面改性剂的分子主链能够在引入较多极性环氧基团的同时保持基本的主链结构，以此提高二氧化硅粒子与基体之间的相容性，达到较好的界面改性效果。该方法能够和偶联剂相互协同补强基体，但单独使用时补强效果较低。
　　
　　5、二氧化硅并用改性
　　
　　并用改性是通过二氧化硅与其他材料并用改性，结合各自优势以提高橡胶制品整体性能。该方法能够结合两种改性剂的优势增强基体的综合性能，但改性效果与改性剂配比密切相关。
　　
　　例如，炭黑和二氧化硅都是橡胶工业良好的补强剂，其中炭黑是橡胶工业最常用的补强剂之一，炭黑的特殊结构可以增强橡胶材料的拉伸和撕裂强度并改善其耐磨、耐寒等性能;而二氧化硅作为补强剂可以显著提高橡胶制品的滚动阻力和抗湿滑性等，但其单独使用效果不如炭黑。大量研究表明，炭黑和二氧化硅并用作为补强剂可以结合二者优势提高橡胶制品的整体性能。