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气化反应动力学的任务在于研究气化反应的速度和机理，以及各种因素对反应速度的影响。煤的气化反应主要是非均相反应，其中既包含了化学过程—化学反应，又包含了物理过程—吸附、扩散、流体力学、热传导等，同时也有气体反应物之间的均相反应。因此对气化反应动力学的研究也就包括化学反应机理及物理因素两个方面。
在气化炉中煤首先进行脱挥发分和热分解，得到固体残留物—半焦。随着热分解进行，将发生半焦与气体间的反应。这种反应可以分为两类颗粒反应模式，即整体反应（或称容积反应）模型和表面反应（或称收缩未反应芯）模型。整体反应主要在煤焦内表面进行，而表面反应则是反应气体扩散到固体颗粒外表面就反应了，很难扩散到煤焦内部。两者都属于气固相反应。通常当温度高时或反应进行得极快时，容易发生表面反应，如氧化反应、燃烧反应，而整体反应主要发生在多孔固体及反应速度较慢的情况下。
在整体反应模型中，反应气体扩散到颗粒的内部，分散渗透了整个固体，反应自始至终同时在整个颗粒内进行，产生的灰层在颗粒的孔腔壁表面逐渐积累起来。固体反应物逐渐消失。
在表面反应模型中，反应气体很难渗透到固体颗粒的内部，流体一开始就与颗粒外表面发生反应。随着反应的进行，反应表面不断向固体内部移动，并在已反应过的地方产生灰层。未反应的核（即未反应芯）随时间变化不断收缩，反应局限于未反应核的表面。整个反应过程中，反应表面是不断变小的。
对于气固相的气化反应，其总的气化历程通常必须经过如下7个步骤。
①反应气体由气相扩散到固体碳表面（外扩散）。
②反应气体再通过颗粒内孔道进入小孔的内表面（内扩散）。
③反应气体分子被吸附在固体碳的表面，形成中间络合物。
④吸附的中间络合物之间，或吸附的中间络合物和气相分子之间进行反应，其称为表面反应。
⑤吸附态的产物从固体表面脱附。
⑥物分子通过固体的内部孔道扩散出来（内扩散）。
⑦物分子由颗粒表面扩散到气相中（外扩散）。
由此可见，在总的反应历程中包括了扩散过程①、②、⑥、⑦和化学过程③、④、⑤，扩散过程又分为外扩散与内扩散；化学过程包括了吸附、表面反应和脱附等过程。上述各步骤的阻力不同，反应过程的总速度将取决于阻力最大的步骤，亦称速度最慢的步骤，该步骤就是速度控制步骤。
当总反应速度受化学过程控制时，称为化学动力学控制；反之，当总反应速度受扩散过程控制时，称为扩散控制。
在气化过程中，当温度很低时，气体反应剂与碳之间的化学反应速度很低，气体反应剂的消耗量很小，则碳表面上气体反应剂的浓度就增加，接近于周围介质中气体的浓度。在此情况下，单位时间内起反应的碳量是由气体反应剂与碳的化学反应速度来决定的，而与扩散速度无关，即总过程速度取决于化学反应速度。此时，传质系数 β 远大于化学反应速度常数 K ，即 β ≪ K ，则：
该区间称为化学动力学控制区。
随着温度的升高，在碳粒表面的化学反应速度增加。温度越高，化学反应速度越快。直至当气体反应剂扩散到碳粒表面就迅速被消耗，从而使碳粒表面气体反应剂的浓度逐渐下降而趋于零，此时扩散过程对总反应速度起了决定作用。其化学反应速度常数远大于传质系数，即 K ≪ β ，则：
该区间称为扩散控制区。在扩散控制区，碳表面上反应剂的浓度趋近于零，但不等于零。因为当反应剂浓度等于零时，化学反应将停止。
气化反应的动力学控制区与扩散控制区是反应过程的两个极端情况，实际气化过程有可能是在中间过渡区或者邻近极端区进行。如果操作条件介于扩散控制区和化学动力学控制区之间，即所谓两方面因素同时具有明显控制作用的过渡区间（或称中间区间），此时物理和化学作用同样重要，则应考虑两种阻力对总速度的影响。
对于外扩散控制的过程，气化过程进行的总速度取决于气体向表面的质量传递速度。增加气体的线速度和减小煤炭颗粒粒度，也即增加单位体积内的反应表面积，可达到强化过程的目的。
对内扩散控制的过程，颗粒外表面和部分内表面参加反应，这时减小颗粒尺寸和提高反应温度是强化反应过程的关键。
对于动力学控制的过程，反应物向颗粒表面的扩散阻力较小，反应总速率取决于气体在煤炭的内、外表面化学反应的速度。在这种情况下提高温度可以显著强化反应过程。
不论在哪一种控制条件下，减小固体颗粒粒度，即采用小颗粒煤炭，均可提高反应速度，且能较快地达到高的转化率，因此是有效的强化措施。
关于采用加压气化方法，对处于过渡型或扩散控制的工况，随着压力的增加，虽然分子扩散阻力增加，是不利的，但较高的压力却有利于提高反应物的浓度，而且不论在何种工况中，反应速率总是随着反应物浓度增加而增加的。
温度是强化生产的重要因素。一般情况下，提高温度能急剧增加表观速度，从而提高反应物的转化率。仅在外扩散控制的情况下，温度对反应表观速率的影响较小。