活性炭可被視為一種由數(shù)百萬孔隙（相當(dāng)于“由分子組成的海綿”）提供了驚人表面積的材料。

      通過化學(xué)力和/或物理力將流體分子富集到這種表面上的過程稱為“吸附”；而“吸收”則是一個流體分子被選定的液體或固體材料吸納并分散到液體或固體吸收劑中的工藝過程。

      在物理吸附過程中，吸附質(zhì)分子由于弱的范德華力（這種力產(chǎn)生于分子之間的吸引作用）被吸持到活性炭的表面上，而活性炭和吸附質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)均未發(fā)生改變。而在化學(xué)吸附過程中，吸附質(zhì)分子與活性炭的表面（或活性炭表面負載的浸漬劑）之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并以非常強烈的化學(xué)鍵合力被活性炭吸持。

      通常情況下，為了達到吸附目的，活性炭中必須含有與待吸附分子尺寸相當(dāng)?shù)目紫?。由吸附了吸附質(zhì)分子的周圍孔壁對應(yīng)產(chǎn)生的吸附力能夠達到最大值，且應(yīng)當(dāng)大于分子的能量級。

      例如，當(dāng)采用微孔型椰殼活性炭進行脫色時，脫色能力很低，其原因是著色分子或色素分子一般是較大的分子，不能經(jīng)由尺寸比它小的通道進入微孔內(nèi)部。而椰殼活性炭對小分子物質(zhì)的吸附效果極佳。另一個例子是稀有氣體氪和氙易于被椰殼活性炭吸附，而在大孔型炭如木質(zhì)活性炭中則易于脫附。

      當(dāng)孔隙內(nèi)部發(fā)生吸附質(zhì)的“液相填充”時活性炭的吸附能力達到最高值。在極高蒸氣壓力條件下，甚至在中孔（2.5nm）內(nèi)部也會由于吸附質(zhì)的多層吸附而引起“毛細管凝聚”（即“液相填充”）現(xiàn)象。

      在恒溫狀態(tài)下，繪制“吸附量～吸附壓力關(guān)系圖（對于氣相吸附）”或“吸附量～濃度關(guān)系圖（對于液相吸附）”，獲得的曲線即“（吸附）等溫線”。

      對于同系化學(xué)物質(zhì)來說，活性炭吸附量可隨著壓力的增大而增加，也可隨吸附質(zhì)分子量的增大而增加。因此，活性炭對甲烷的吸附量要低于丙烷（對甲烷的吸附更困難些）。

      設(shè)計一個含有多種吸附質(zhì)組成成分的獨特吸附系統(tǒng)時，記得這一事實規(guī)律是很有益處的。

      含多種吸附質(zhì)成分的活性炭吸附系統(tǒng)達到吸附平衡后，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)在所有吸附質(zhì)都達到平衡之前，那些分子量較大的吸附質(zhì)是優(yōu)先被吸附的成分。這種現(xiàn)象被稱為“競爭吸附”或“優(yōu)先吸附”，最早被吸附的小分子量物質(zhì)被隨后吸附的大分子量物質(zhì)替代，前者重新從吸附劑的表面脫附。

      發(fā)生于蒸氣相中的物理吸附會受到一些外部工藝參數(shù)如溫度和壓力的影響。在較低溫度和較高壓力條件下，吸附效率更高，原因是在這樣的工藝條件下吸附質(zhì)分子的運動能力較低。這種影響也存在于含水分和有機物的體系中，水分子易于被炭的表面吸附，但是當(dāng)可在活性炭表面優(yōu)先吸附的有機物到達時水分子則會被及時脫附出來。發(fā)生競爭吸附的原因一般是由于分子尺寸的不同而引起的，同時分子電荷的差異也是引起這種現(xiàn)象的一個不容忽視的原因。

      通常來說活性炭的表面會排斥帶電荷的物質(zhì)，相對于多數(shù)有機分子，水是高荷電性物質(zhì)形態(tài)（易于離子化），故活性炭對有機分子的吸附會優(yōu)先發(fā)生。與叔胺化合物相比，伯胺化合物的氮原子幾乎不帶電荷；而相比于仲胺化合物，叔胺化合物的氮原子荷電量要少一些。因此伯胺比仲胺化合物更易于被活性炭吸附。

      可依此預(yù)測，活性炭對那些不帶電荷的大分子物質(zhì)的吸附量水平會更高些；而那些高荷電的小分子物質(zhì)則不容易被活性炭所吸附。

      分子的形狀也會影響吸附，但這通常被視為一個次要的因素。

      對于那些僅能被活性炭以低水平量進行物理吸附的物質(zhì)（如氨氣、二氧化硫、硫化氫、汞蒸氣以及甲基碘等），可以忽略操作條件變化對吸附量的影響。提高活性炭對這些物質(zhì)吸附量的辦法，可采取選用能與吸附質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特殊化合物（或其前驅(qū)體物質(zhì)）來浸漬活性炭。

      由于活性炭含有非常巨大的表面（一只鞋子內(nèi)裝入的活性炭顆粒，其表面積大約為1/2平方英里?。垮兊慕n劑可在如此巨大的面積上完全分散，因此吸附質(zhì)分子被浸漬的化合物捕獲并反應(yīng)的機率極高。這種除去吸附質(zhì)的機理被稱為“化學(xué)吸附”。

      與物理吸附完全不同，被活性炭表面化學(xué)吸附的物質(zhì)已發(fā)生了化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，已不可能再以原初的物質(zhì)形態(tài)從活性炭中脫附出來（脫附物已不是原來的組分，而是其與浸漬劑的反應(yīng)產(chǎn)物）。這種方法已應(yīng)用到許多工業(yè)過程，尤其是工業(yè)催化領(lǐng)域，采取將催化活性組分分散到活性炭表面的方法來大幅提高催化劑的能力。