活性炭過濾器的工作是通過炭床來完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和巨大的比表面積，具有很強的物理吸附能力。水通過炭床，水中有機污染物被活性炭有效地吸附。此外活性炭表面非結晶部分上有一些含氧管能團，使通過炭床的水中之有機污染物被活性炭有效地吸附。活性炭過濾器是一種較常用的水處理設備，作為水處理脫鹽系統前處理可有效保證后級設備使用壽命，提高出水水質，防止污染，特別是防止后級反滲透膜，離子交換樹脂等的游離態余氧中毒污染。

活性炭過濾器廣泛應用于水處理工藝，如飲用水的深度凈化；釀酒、飲料等行業用水的深度凈化處理；工藝冷凝水的除油、除有機物等的處理；純水、高純水制備工藝的前處理；工業廢水及生活污水的凈化處理等。設備運行時，被處理水自過濾器上部進入，自上而下的通過活性炭濾層，利用活性炭的吸附性能，使水中的有害物質，如有機物、膠體、微生物、油類、余氯、及嗅味等吸附在活性炭表面而被去除，當活性炭濾層“失效”后，可用反沖洗的方法使其恢復吸附能力。