The removal of dye molecules in alkaline environments is an issue that should receive increased attention. In this study, the interaction mechanism between polydopamine-modified multiwalled carbon nanotubes (P-MWCNTs) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with the cationic dye methylene blue (MB) in alkaline environments was explained in depth by adsorption, spectroscopy, and density functional theory (DFT). The mechanism of action and dominant forces between the adsorbent and adsorbate were analyzed graphically by introducing energy decomposition analysis (EDA) and an independent gradient model (IGM) into the DFT calculations. In addition, the force distribution was investigated through an isosurface. Moreover, batch adsorption studies were conducted to evaluate the performance of MWCNTs and P-MWCNTs for MB removal in alkaline environments. The maximum MB adsorption capacities of the MWCNTs and P-MWCNTs in solution were 113.3 mg‧g