在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，从而扩大了壳聚糖的应用范围。
壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，它们具有较强的化学反应能力。在碱性条件下，C6上的羟基可以发生如下反应：羟乙基化--壳聚糖与环氧乙烷进行反应，可得羟乙基化的衍生物。羧甲基化--壳聚糖与氯乙酸反应便得羧甲基化的衍生物。磺酸酯化--甲壳素和壳聚糖与纤维素一样，用碱处理后可与二硫化碳反应生成磺酸酯。氰乙基化--丙烯腈和壳聚糖可发生加成反应，生成氰乙基化的衍生物。
壳聚糖分子中具有活性的-NH2侧基，可以通过化学方法被酸化成盐、导入羟基，得到具有水溶性、醇溶性、表面活性等各种功能的壳聚糖衍生物材料。活性的-NH2，侧基还可以先与过渡金属离子形成配合物，然后交联制备具有模板剂记忆力和选择吸附性能的壳聚糖衍生物材料，这类材料具有良好的血液相容性、生物相容性、生物官能性，在医学领域对细胞组织不产生毒性。
可以利用壳聚糖分子上的OH和-NH2：发生化学反应制备具有抑菌活性的N，O-羟甲基化壳聚糖，其中相对分子质量对抑菌活性有显著影响，如随相对分子质量的降低抑菌活性显著增强，相对分子质量低于5000时，材料对金黄色葡萄球菌抑制杀灭作用明显。壳聚糖溶于酸后，糖链上的-NH2与H+、结合成强大的正电荷阳离子基团，非常有利于改善酸性体质。
甲壳素和壳聚糖的溶解性较差，在水、普通的有机溶剂中溶解性均不好，这大大制约了这类材料的应用，然而甲壳素和壳聚糖分子链上具有多种官能团，可以对其重复单元进行化学改性，引入不同基团，得到溶解性能改善的衍生物材料，同时因为引入了不同的取代基而使甲壳素和壳聚糖衍生物材料具有各异的功能。利用壳聚糖可溶于稀酸溶液的性质可以对壳聚糖进行均相溶液反应，在不同的反应条件下，可以对重复单元中的羟基和氨基及分子链进行硅烷基化、酰化、羟基化、接枝共聚、烷基化、羧基化、主链水解等化学反应。
以下主要介绍酰化、羟基化和主链水解。
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