有机改性主要指通过化学或物理的方法，将有机物改性剂包裹在碳酸钙表面，使碳酸钙表面性质发生改变，从而达到增加界面相容性，减少粉体相互团聚，是碳酸钙最主流的表面改性方法。
目前，碳酸钙常用的有机改性剂主要有表面活性剂、偶联剂、聚合物等。
1、表面活性剂
表面活性剂是一种具有亲水亲油两种官能团结构的分子，它可以充当桥梁作用，把无机粉体和有机物基体有效地结合起来。当前，在碳酸钙表面改性表面方面主要使用的活性剂有脂肪酸（盐）、磷酸酯类以及季铵盐类。
（1）脂肪酸（盐）类
脂肪酸（盐）类改性剂属于阴离子表面活性剂，主要包括了含有羧基、羟基、氨基或巯基等极性基团的脂肪酸。碳酸钙能够与脂肪酸（盐）类的改性剂在表面发生物理吸附或者化学键合，得到的改性碳酸钙表面形成具有长链的烷基烃结构。这种结构类似于高聚物的结构，增强了碳酸钙与聚合物基体的相容性。
就改性方法而言，脂肪酸（盐）的湿法改性主要原理是使脂肪酸根离子（RCOO-）能够与游离的Ca2+反应，进一步迁移到碳酸钙表面产生包覆效果。而干法改性主要是碳酸钙表面的羟基和Ca2+被脂肪酸的羧基进攻，对碳酸钙颗粒产生包覆作用，减少颗粒之间的堆积现象。这一类改性剂有硬脂酸（盐）、棕榈酸、木质素和树脂酸（盐）等。
脂肪酸（盐）首先以离子键的形式吸附在碳酸钙表面活性最大的部分，脂肪酸与碳酸钙反应生成了脂肪酸钙沉淀物，并且逐渐在碳酸钙表面形成一层膜，使碳酸钙与碳酸钙颗粒之间的间距增加，分子之间的相互作用减小，颗粒的团聚减少，近而使颗粒间的分散程度得以改善，碳酸钙更容易分散在在油基介质中。
（2）磷酸酯类
磷酸酯主要通过磷酸酯（ROPO3H2）与碳酸钙表面的Ca2+结合形成磷酸盐在碳酸钙表面产生包覆作用。经磷酸酯改性后，CaCO3表面磷酸酯的R基朝外，使改性后碳酸钙亲油性增强，使得填充改性后碳酸钙复合材料的机械性能、加工性能进一步提升。
（3）季铵盐类
季铵盐类表面活性剂作为最常用的阳离子型表面活性剂，它主要是通过季铵盐的正电荷与碳酸钙表面发生吸附作用，而另一端与聚合物产生交联作用成功对碳酸钙的表面进行改性。
2、偶联剂
偶联剂是一种同时含有极性和非极性结构的物质。偶联剂分子两端的极性亲水基团和非极性疏水基团分别可以与无机粉体和聚合物基体发生物理缠绕或者化学反应，使两者得到稳定的结合，有利于相容性较差的高聚物基体和无机粉体之间通过偶联剂的作用，发生紧密的结合，使得复合材料的性能得到进一步改善。但是，偶联剂改性存在一些显著地问题，主要表现为价格昂贵，对高聚物具有一定的选择性以及引起部分聚合物变色等，并且易在加工过程中产生水解。当前，世界范围内用于碳酸钙表面改性的偶联剂类型主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及复合偶联剂等。
（1）硅烷偶联剂
硅烷偶联剂是由美国联合碳化物公司开发的应用最广泛的偶联剂之一，早期主要用于玻璃纤维增强塑料。但是硅烷偶联剂在碳酸钙表面改性方面的应用却很少，而且实践证明，大多数硅烷偶联剂与碳酸钙的表面结合效果很差，基本没有效果，需要用到的偶联剂种类也很多，从而成本较高使用复杂，与其他的偶联剂相比实用性较差。
（2）钛酸酯偶联剂
经过钛酸酯偶联剂处理过的碳酸钙表面覆盖一层有机分子膜，改变了碳酸钙的表面的性质。钛酸酯偶联剂中存在的烷基部分在改性过程中易于水解与碳酸钙表面的-OH结合，使碳酸钙表面性质变为疏水；另一端的三个结构可以与聚合物发生缠绕或者化学结合，从而改善了与高聚物的界面相容性，也提高了复合材料的机械性能。
钛酸酯作为改性剂的改性效果较好，但也存在很大缺陷：钛酸酯颜色为棕色，对于白度有要求的产品会受到影响；价格较贵，并可能对人体健康有危害（导致肝癌）。因此，极大的限制了它的适用范围。
（3）铝酸酯偶联剂
铝酸酯偶联剂对碳酸钙的改性主要是碳酸钙表面的羟基与偶联剂中的烷氧基进行结合而达到改性目的，并且这个过程是不可逆的，效果良好。铝酸酯改性碳酸钙具有高活性、低吸油性、低吸湿性、粒径小、易分散等特点。此外，在常温下铝酸酯偶联剂为固体，颜色浅且无毒，适用于外观要求严格、安全性好的产品。
铝酸酯作为改性剂的优点是：颜色较浅，无毒，热分解的温度较高，价格低廉，包装、运输方便，因此适用范围广泛。铝酸酯的缺点是易水解，不能用于湿法表面改性工艺。
（4）复合偶联剂
复合偶联剂是指分子中含有两个或者两个以上金属元素的新型偶联剂。目前，用于碳酸钙表面改性的复合偶联剂主要有铝锆酸酯偶联剂和铝钛偶联剂。
除了以上几种常用的偶联剂之外，还有钴酸酯偶联剂、锌酸酯偶联剂和硼酸酯偶联剂等一系列常用于碳酸钙表面改性的表面改性剂。
3、聚合物
聚合物表面改性是指在碳酸钙粒子表面形成一层核壳结构的高聚物层。聚合物改性碳酸钙主要有两种情况：一种是在碳酸钙表面单体通过聚合反应形成高分子链段；另一种为将聚合物溶解在适当的溶剂中形成高分子溶液，并向其中加入碳酸钙，当高聚物逐渐吸附到碳酸钙表面之后将溶剂清除，形成包覆。这样聚合物可以定向吸附到碳酸钙表面，形成有效的吸附层，减少碳酸钙粒子的团聚现象，提高分散性，改善碳酸钙在使用过程中的分散性能不佳的缺点，达到表面改性的目的。
常用的聚合物主要有低聚物、高聚物和水溶性高分子。
