活性炭过滤器的工作原理主要是利用活性炭的吸附机理，吸附作用的机理是水、溶质和固体颗粒三者相互作用，引起吸附的主要原因在于溶质对水的疏水特性和溶质对固体颗粒的高度亲合力；另一原因主要由溶质与吸附剂之间的静电力、范德华引力或化学键力所引起。
活性炭过滤器可通过活性炭的吸附作用去除水中的有机物、胶体、余氯等，具有过滤效果好，运行费用低，操作简单等特点。
在水处理领域，活性炭过滤器主要用以脱除水中的微量污染物，应用范围包括脱色、除臭味、各种溶解性有机物；在纯水工艺中可作为离子交换、电渗析、反渗透的预处理，以去除有机物、胶体和余氯等；也可作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。