Представлена математическая модель процесса высокочастотной низкотемпературной плазменной модификации поверхности древесины, основанная на синергии молекулярно-динамического моделирования и экспериментальных спектроскопических данных. Детально смоделирован механизм ионной бомбардировки поверхности целлюлозы ионами кислорода (100 эВ). Выявлены типы разрываемых связей (C-C, C-O, C-H, O-H) и образование макрорадикалов. Изложено теоретическое описание ключевых химических реакций между радикалами и компонентами воздушной плазмы, приводящие к формированию на поверхности полярных функциональных групп: гидроксильных (-OH), карбонильных (-C=O) и карбоксильных (-COOH). Проведена экспериментальная верификация с помощью ИК и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, количественно подтвердившая увеличение соотношения O: C на 82,5 % и рост содержания окисленных групп после плазменной обработки. Построена математическая модель, описывающая кинетику разрыва C-C связей в поверхностном нанослое в зависимости от мощности разряда и времени обработки. Установлена оптимальная продолжительность обработки - 10 мин. Определена высокая адаптивность модели, что позволяет подстроить ее под разные функциональные группы и компоненты древесины (лигнин, гемицеллюлоза), а также под различные технологические параметры.