由于活性炭具有巨大的比表面积及发达的孔隙结构，在吸附脱除水中的污染物的同时，也成为水中微生物的理想栖息场所。在适宜的温度及营养条件下，将其用于水处理，可以同时发挥活性炭吸附和微生物生物降解的双重作用，这种作用被称为生物活性炭。活性炭上面的吸附质能够为微生物提供稳定的生息环境，而微生物的存在也为活性炭提供了生物再生功能，总的效果是将带有穿透现象的不稳定吸附过程转化为准稳态过程。

用于水处理的活性炭包括粉状活性炭和颗粒活性炭。粉状活性炭一般采用直接投入原水的方式，用于除去季节性产生的霉味等异臭、异味，以及除去表面活性剂、农药等，还可以在发生化学物质污染水源事故的时候作为应急处理措施。使用粉状活性炭进行水处理多为间歇操作，根据水源的不同要注意控制加料比例、混合接触时间以及投料点的选择。使用颗粒活性炭进行水处理，一般采用固定床或移动床进行连续操作，活性炭需定期再生。颗粒活性炭和粉状活性炭作用相同，但颗粒炭不易流失，容易再生重复使用，适合用于污染较轻、需连续运行的水处理工艺，而粉状炭目前不易回收，一般为一次性使用，用于间歇地污染较重的水处理工艺。

粉状活性炭在处理水源中突发臭味、工业污染方面有很好的应用。2005年9月~11月期间，由于密云水库臭味物质含量高，北京水务集团第九水厂采用了向输水管道中投加粉状炭的技术，有效地除了异味。在松花江受到硝基苯和苯污染期间，哈尔滨市供排水集团在建设部专家组的指导下，利用第九水厂的技术及时处理了水中硝基苯，达到了水质要求。在使用粉状炭时，必须根据所要去除污染物的种类和浓度进行吸附试验，以确定活性炭种类和数量。投加粉状炭之前，应注意先将炭粉制成炭浆定量均匀地加入水中，接触时间越长，除污染效果越好。

目前活性炭在净水中的应用已十分广泛。在美国和日本，饮用水净化活性炭吸附设施非常普遍；发达用于水处理的活性炭约占总用量的40%~50%，美国每年用于水处理的活性炭占美国活性炭生产总量的45%以上。我国北京的上水已全部经过活性炭净化，上海、深圳等城市也正在推行，家庭活性炭净水器应用也开始普及。预计不远的将来，活性炭在我国水处理领域将获得飞跃式发展。