针状焦的成焦机理包括液相炭化理论和气流拉焦理论。

（1）液相炭化理论

液相炭化理论是在较高的温度下煤沥青制备中间相时的理论基础，煤沥青在高温（300 ℃~500 ℃）时主要发生热分解和热缩聚两种化学反应，热分解是将大分子转化成小分子的吸热反应；热缩聚是将小分子转化成大分子的放热反应。煤沥青在350 ℃加热时，聚合芳香环发生热裂解反应，热裂解反应首先在聚合芳香环所带的侧链发生，这是分子最不稳定的键。生成存在于液相中的聚合芳香环自由基和低分子气体，不同自由基之间相互反应生成稳定的芳烃和缩合稠环芳烃。温度升高至400 ℃左右时，稳定的芳烃发生热聚合反应，生成十几到二十几环不等的平面圆盘状多环缩合芳烃大分子。这些平面大分子在高温作用下进行布朗热运动，并在外界作用力下改变取向，分子间在范德华力的作用下，逐渐堆垛形成层积体，层积体在表面张力的作用下，达到体系稳定的最低能量状态，形成中间相小球体。中间相小球体不断吸收母液中的分子逐渐长大，相互运动的中间相小球体相遇碰撞后融并形成大的球体，体系仍处于相对稳定的热力学状态。中间相小球不断长大，最后球体形状难易维持，小球开始解体，形成了广域流线型、纤维状或镶嵌型等非球状的中间相。

（2）气流拉焦

针状焦的制备包括中间相小球的成核、长大和融并，及中间相的煅烧，在整个生产过程中，煤沥青体系中不断有气体连续地沿着一定方向进行流动，控制气流的流速，使流动的各向异性中间相区域沿着气流方向进行有序取向，并在向列型有序排列中固化，生成的产物即为针状焦。这就是气流拉焦作用。

煅烧成焦过程中产生的气体在液态或固化之前才能起到气流拉焦作用。如果气体产生过早，中间相各向异性并未完全发展，在粘度较低的条件下，气流使体系内分子产生随机运动，使中间相变为无序的组织结构。如果气体产生的太晚，接近于煅烧的末期，体系的粘度明显增大，并开始固化，产生的气体会以气泡的形式滞留在系统内生成多孔焦和片状焦。