Adsorpce, při níž mezi molekulami adsorbátu a molekulami povrchu adsorbentu vzniká chemická vazba.

Protože vazba může vznikat jen mezi určitými molekulami, je chemisorpce velmi specifická. Vzhledem k tomu, že k vytvoření chemické vazby je třeba aktivační energie, probíhá chemisorpce často pouze na místech povrchu, která mají vyšší energii, na tzv. aktivních centrech. Je evidentní, že chemisorpcí se může absorbovat na povrchu pouze jedna vrstva molekul - chemisorpce je monovrstvá. Vzniká-li při adsorpci více vrstev, jsou druhá a další vrstvy vázány už jen fyzikálními silami. Adsorpční tepla při chemisorpci jsou řádově rovná teplům reakčním (desítky až stovky kJ). Chemisorpce je ve srovnání s fyzikální adsorpcí pomalá, zvláště při nízkých teplotách.