Il funzionamento degli impianti a carbone attivo è basato sul processo di adsorbimento cioè sul fenomeno di diffusione molecolare tra componenti in fase gassosa definiti adsorbito e un solido, definito adsorbente. Sperimentalmente si è osservato che le molecole di gas (SOV) aderiscono alla superficie del solido e danno luogo alla formazione di uno o più strati sovrapposti di sostanza, creati dall'instaurarsi di forze di attrazione elettrostatica (forze di Van Der Waals) o di forze adesive conseguenti a fenomeni di capillarità.

Poiché si tratta di un fenomeno di migrazione molecolare tra una fase gassosa ed una solida, è evidente che una caratteristica fondamentale del materiale adsorbente è la superficie attiva che permette il contatto tra i componenti. Nel carbone attivo, in particolare, la presenza diffusissima di microporosità consente uno sviluppo superficiale estremamente vasto: basti pensare che 1 Kg di carbone attivo può arrivare a raggiungere una superficie complessiva pari a due milioni di mq.

Dal punto di vista termodinamico l'adsorbimento è sempre accompagnato da sviluppo di calore, poiché esso corrisponde ad un assestamento delle molecole ad un valore energeticamente più stabile: si ha in effetti una diminuzione di energia libera per la formazione di legami tra adsorbente ed un calo di entropia per la diminuzione del grado di libertà molecolare.