Биохимические методы модификации поверхности являются дополнительными к физико-химическим и морфологическим методам. Их основной целью является контролирование клеточного взаимодействия на интерфейсе ткань-имплантат путем фиксации протеинов, ферментов (энзимов) или пептидов. Другими перспективными молекулами для биохимической модификации поверхности титана являются коллагены. 

Покрытия из коллагена используются как носители биомолекул или для улучшения адгезии клеток, в частности остеобластов человека. Биохимическая модификация основана на биологических и биохимических знаниях поведения клеток, их адгезии и дифференциации. Цель модификации состоит в том, чтобы повлиять на реакции клеток и тканей путем закрепления на поверхности пептидов, протеинов или факторов роста. Закрепление таких биоактивных молекул модифицирует только тончайший поверхностный слой и не изменяет объемные свойства материала.

Связь таких молекул с поверхностью осуществляется благодаря силам Ван-дер-Ваальса, электростатическим, гидрофобным или химическим.

Задача обеспечения долговременной стойкости медицинских имплантатов, установленных в человеческое тело, в существенной мере обусловлена созданием прочной связи между имплантируемым материалом и окружающими тканями с помощью нанесенного промежуточного покрытия. Такое покрытие должно, с одной стороны, иметь превосходную адгезию с основным материалом, а с другой - быть достаточно устойчивым от разрушения в месте контакта с живой тканью или костью в условиях определенных механических нагрузок и высокой влажности. Молекулы воды, поступающие из окружающих тканей, обладают высокой агрессивностью, проникая между металлом и покрытием, и таким образом разрушая адгезионные химические связи. С помощью специальных покрытий можно регулировать биологические свойства металлов от биоинертности до биоактивности.

Ранее обычно в качестве покрытий использовали специальные цементы или полимеры. В настоящее время получили распространение покрытия на основе керамик и стекол, обладающие лучшими прочностными, трибологическими, коррозионными и биосовместимыми свойствами. Для уменьшения износа трущихся элементов протеза на металлические компоненты наносят наноструктурные керамические покрытия. Сейчас исследуются два вида таких покрытий: алмазоподобные и гидроксиапатитные.

Создание покрытий методом плазменного распыления порошка из материала покрытия является наиболее распространенным. Достоинства данного метода – высокие скорости осаждения, возможность создания толстых покрытий, сравнительно низкая стоимость. С его помощью создаются на поверхности титановых имплантатов биомедицинские керамические покрытия на основе оксидов Al2O3, ZrO2, TiO2. Такие покрытия имеют высокую износостойкость и коррозионную устойчивость. Однако покрытия из Al2O3, ZrO2 абсолютно биоинертны по отношению к костной ткани. Таким же способом наносят биосовместимые покрытия на основе ГКА.

Важнейшая характеристика плазмонапыленного покрытия - пористая структура, что во многом определяет эффективность прорастания костной ткани в покрытие. Параметрами пористой структуры, которые программируются режимами плазменного напыления, являются: общая величина пористости, удельная поверхность пор, распределение объема пор по размерам, средний эффективный радиус пор, форма и коэффициент извилистости.

Альтернативными методами создания покрытий являются термическое испарение, ионное распыление, лазерная абляция, осаждение в физиологическом растворе.