由于碳酸钙为亲水性无机化合物，表面含有大量的羟基结构，使得碳酸钙与有机高聚物的亲和性差，易形成聚集体，在高聚物内部分散不均匀，从而造成复合材料间界面缺陷，直接应用效果不好，并且随着填充量的增加，这些缺点加明显，过量填充甚至使制品无法使用。因此，为了提高碳酸钙的补强作用以及在复合材料中的分散性能，进而改进碳酸钙填充复合材料的物理性能，有必要采用不同的改性方法对碳酸钙粉体进行改性，拓宽碳酸钙的应用领域，使其成为一种功能性补强填充改性材料。
碳酸钙的改性途径主要有两个：一是改变粒度，·使矿物颗粒微细化或超微细化，改善其在树脂中的分散性，并以微小的颗粒和大的比表面积获得在塑料、橡胶等制品中的补强作用；二是改善微粉的表面性能，使其由亲水性向亲油性转变，从而增大微粉与有机树脂的相容性，改善制品的加工性能和物理机械性能。这种方法主要采用表面改性剂对碳酸钙进行表面活化处理。以下介绍几种主要的碳酸钙表面改性剂。
无机物改性剂
无机电解质分散剂吸附在纳米碳酸钙表面，一方面可以通过提高表面电位绝对值产生较强的静电排斥作用；另一方面可诱发强的空间排斥效应。同时还能增强纳米碳酸钙表面对水的润湿程度，从而防止它在水中的团聚。
常用的无机物主要有缩合磷酸、铝酸盐、无机盐、酸碱、明矾、无机粒子等。纳米碳酸钙由于耐酸性较差，影响了它的使用范围，可采用缩合磷酸对其进行表面改性，在其表面形成一层完整而致密的包覆层，利用包覆层的憎水作用和空间位阻效应阻止它和内层氢离子的接触，这样既能提高碳酸钙的分散性和活化性，又可以改善其耐酸性，拓宽应用领域。
改性后产品的pH值为5.0~8.0（较表面处理前下降1.0~5.0)，难溶于醋酸等弱酸中，耐酸性较好。此产品可用于塑料、橡胶、涂料、造纸、食品和牙膏等行业中。
脂肪酸及其盐类改性剂
脂肪酸或硬脂酸盐类改性剂是碳酸钙填料的传统改性剂，它价格低廉，且对碳酸钙填料改性效果良好。这类改性剂主要是含有羟基、氨基或巯基的脂肪族、芳香族或含芳烷基的脂肪酸盐。这种脂肪酸分子一端为长链烷基，与聚合物相容性好；另一端的RCOO-，能与碳酸钙表面的钙离子形成化学键，产生活性包覆层，防止碳酸钙粒子团聚。目前普遍使用的脂肪酸为硬脂酸及其盐。另外，木质素、树脂酸及其盐也可用来对碳酸钙进行表面处理。
磷酸酯类改性剂
磷酸酯对碳酸钙粉体进行表面改性主要是通过磷酸酯和碳酸钙粉体表面的Ca2+反应形成磷酸钙盐沉积或包覆在碳酸钙粒子表面，从而改变了碳酸钙粉体的表面性能。用磷酸酯化合物作为碳酸钙粉体的表面改性剂，不仅可以使复合材料的加工性能、机械性能显著提高，对耐酸性和阻燃性的改善也有较好的效果。
偶联剂类改性剂
偶联剂是一种两性结构物质，分子中的一部分具有亲水性的极性基团可与粉体表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键，另一部分具有疏水性非极性基团可与有机高分子发生化学反应或缠绕，从而可以将碳酸钙粉体和高分子基体这两种性质差异大的材料通过界面层牢固地结合在一起。
但是，用此方法存在如下问题：一是偶联剂价格较高；二是不同的偶联剂对不同的聚合物有一定程度的选择性；三是在某些聚合物中使用时，偶联剂容易引起变色，在贮存或在塑料混炼加工过程中，易发生水解或分解。