活性炭对水中杂质物的去除作用，是基于活性炭的活性表面和不饱和化学键。
由于活性炭的表面积很大（500～1500m2/g），加之表面又布满了平均直径为2～3nm的微孔，所以活性炭具有很高的吸附能力。
同时，由于活性炭表面上的碳原子在能量上是不等值的，这些原子含有不饱和键，因此具有与外来分子或基团发生化学作用的趋势，对某些有机物有较强的吸附力。
研究证明，活性炭对氯的吸附，不完全是其表面对氯的物理吸附作用，而是由于活性炭表面起了催化作用，促使游离氯的水解，和产生新生态氧的过程加速。其反应式如下：
这里产生的［O］可以和活性炭中的碳或其他易氧化组分相互反应而得以去除：
C＋2［O→］CO2↑
