活性炭过滤器在结构上与多介质过滤器基本相同，不同的是内部装有具有较强吸附功能的活性炭，用于去除经过滤未去除的有机物，吸附水中的余氯，使出水余氯≤0.1mg/L，SDI≤4。氯属于强氧化剂，对各类膜均有破坏作用，特别是反渗透膜对余氯十分敏感，因此对于以城市自来水为水源的纯净水生产线，活性炭更主要的功能是吸附水中余氯，起到保护RO膜的作用。
在纯水制造过程中，活性炭吸附的作用表现在四个方面：降低水的氧化要求；避免有机物进入污染离子交换膜和反渗透膜；除去水中残留的氯，保护反渗透膜；除去水中的三卤化物（THM）等提高水的总体质量。
良好活性炭的比表面积一般大于1000m2/g，细孔总容积可达0.6-1.8mL/g。活性炭的吸附能力以物理吸附为主，没有极性，一般是可逆的，实验发现，它也可进行一些选择吸附，即化学吸附。制作温度在300-500℃时，酸性氧化物占优势，这种酸性氧化物在水中离子化时，活性炭就带负电荷；制作温度在800-900℃时，活性炭具有两性性质。由测定电位得知：一般活性炭带负电荷，在溶液中显弱酸性，在pH值较低的酸性条件下，吸附性较好；在pH值较高的碱性条件下，吸附性较差。
优质的活性炭倒入水中会产生大量微小的气泡，现象越剧烈、气泡越多、持续时间越长，说明效果越好。等气泡释放的差不多的时候，可以看到劣质活性炭的水已经变黑了，优质活性炭的水还是比较清澈透明的。真正的活性炭成本很高。活性炭是炭化料在经1000度左右高温进行活化得到的，这是活性炭生产中最关键的步骤。
活性炭的选择性吸附，不但可吸附电解质离子，还可进行离子交换吸附。经活性炭吸附还可使高锰酸钾耗氧量（COD）由15mg/L（O2）降至2~7mg/L（O2）。由于吸附作用使表面被吸附物质的浓度增加，因而还可起到催化作用。虽然活性炭能吸附相当多的无机和有机物质，但它并非对所有的有机物都有吸附能力，如活性炭较难吸附醇类、分子量很高的有机物或胶体有机物。
水处理设备系统中活性炭使用时首先需要预处理，粒状活性炭进柱前应在清水中浸泡、冲洗去除污物，装柱后再用2%HCl及4%NaOH溶液交替动态处理1-3次，流速18-21m/h，用量约为活性炭体积的3倍，每次处理后均需淋洗到中性为止。其次，适用进水条件，一般进水中要求悬浮物含量小于3-5mg/L。再次，吸附终点的控制，根据去除物的性质，控制出水余氯含量小于0.1mg/L，如以有机物泄漏量作为控制点，则应控制出水中耗氧量与总阴离子含量的比值小于0.004或COD＜2mg/L。
活性炭吸附器的形式较多，按碳床形式可分固定床、膨胀床和移动床三种，目前广泛使用的是固定床吸附装置，一般为压力式。压力式吸附器的结构形式与压力过滤器类似，既可做成单纯的吸附器，也可与石英砂组合成吸附过滤器，两者均可除去有机物，又可过滤去除悬浮固体。底部装0.2-0.3m厚承托层和石英砂滤料层，在石英砂的上部一般装填1.0-1.5m厚的活性炭，作为吸附过滤器，其滤速一般为6-10m/h；当单纯作为吸附器时承托层上无石英砂滤料层，活性炭层高2-3m，其滤速为3-10m/h，反冲洗强度为4-12L/（S·m2）。
活性炭滤料也可以再生后使用，再生大多采用高温加热的方法，程序一般分为三个阶段：1、干燥阶段，温度150℃-300℃，对湿炭进行脱水干化；2、焙烧阶段，温度300-600℃，对被活性炭吸附的有机物进行热分解、炭化或气化，达到脱附；3、灰化阶段，温度800-900℃，对炭化的活性炭表面用水蒸气或二氧化碳进行活化。这样活性炭得以再生，可以重复再次使用。
一般纯水机活性炭的使用量较少，活性炭失效后大多是全部更换，很少有条件再生，也并不合算。为保障设备良好运行，纯水设备一般正常情况下一年左右更换一次。
