對金剛石薄膜和納米金剛石表面改性，研究者嘗試了多種方法，通過在金剛石表面引入不同的官能團來實現，如鹵素、氨基、含氧基（羰基、羧基）等官能團。在此基礎上，可將有生物活性的大分子、聚合物基質等直接連接到金剛石上。
金剛石在引入其他官能團之前，需先在其表面引入氫終端，因為有氫為終端的表面較容易導入活性基團，從而比較容易實現金剛石表面的功能化。對于金剛石薄膜，一般采用在氫氣氛圍下加熱到800-1000℃，或使用氫氣等離子體處理的方法，使其表面還原成以氫為終端的均一潔凈的反應表面。對于納米金剛石，其表面攜帶的含氧基團有羥基、羧基、醚鍵、羰基等，通過還原反應可得到表面含氫的單一官能團。在此基礎上，再進一步對其功能化。這些方法主要包括（1）化學改性；（2）光化學改性；（3）電化學改性；（4）納米金屬及金屬氧化物改性。
（1）化學改性
采用氧化性酸溶液（如硝酸、鉻酸、芬頓試劑等）處理金剛石，既除去了金剛石表面的雜質（石墨和金屬），又使金剛石表面形成C-O表面官能團.金剛石（100）表面主要形成羰基和醚基官能團，金剛石（111）表面主要形成羥基官能團。采用過氧化氫、食人魚溶液（硫酸和過氧化氫的混合液）可得到羧酸化的納米金剛石。在250-400℃下，氯取代金剛石薄膜表面的氫，金剛石薄膜表面形成了反應活性點，很容易與親核試劑（如H2O,NH3,CHF）反應。
（2）光化學改性
典型的光化學改性技術有2種：①在紫外光照下，烯烴與金剛石表面發生加成反應，產生碳－碳鍵；②采用各種類型的有機過氧化物，引發自由基反應。光化學方法可以使金剛石表面連接烷基鏈、羧酸或伯胺基團。YANG等使用第2種方法將DNA鏈連接到金剛石表面,DNA鏈的連接穩定性很好。紫外照明也可用于激活自由基型反應，如MILLER等利用此技術使金剛石表面氯化，實現了金剛石表面的胺或硫醇化；SMENTKOWSKI等通過光化學改性,在金剛石薄膜表面形成非常穩定的C-F終端。
（3）電化學改性
電化學改性方法包括：①在酸或堿溶液里進行陽極極化；②在電解質溶液中加入芳族重氮鹽，在金剛石表面引入芳香基團。與化學改性氧化法相比，電化學改性法可以在大范圍內迅速實現氧化；與等離子體氧化法相比，氧化過程最容易實現，因為它不涉及高能量，可避免金剛石表面的熱損傷。通過電化學氧化法，使金剛石表面形成C=O鍵,將其制備成金剛石薄膜電極，可提高檢測精度及選擇性。金剛石薄膜電極在電分析、電化學降解有機污染物方面已得到應用。
（4）金屬及金屬氧化物改性
通過熱沉積法或恒電位電沉積法在金剛石表面沉積金屬粒子（如金、銅、銀、鎳、鉑、釕、鈀），可制備納米電子器件，應用在催化反應、疾病診斷和治療、生物傳感等領域。例如，金剛石/鉑復合電極不僅具有好的催化活性，而且具有極好的耐腐蝕性和穩定性，可應用于電化學能量轉換裝置上（如燃料電池）；將納米金電沉積到金剛石表面制得薄膜電極，該電極在酸性溶液中對O2還原反應具有催化能力，催化效率是相同條件下金電極的20倍；銅和鎳沉積到納米金剛石表面后，提高了葡萄糖的電催化活性；二氧化釕或水合氧化鈷沉積到金剛石表面制成催化電極，可提高二氧化碳還原成一氧化碳的還原產率。這樣，既可以減少二氧化碳排放，又為使用二氧化碳作為化工合成原料提供技術支持。
