由于活性炭具有巨大的比表面積及發達的孔隙結構，在吸附脫除水中的污染物的同時，也成為水中微生物的理想棲息場所。在適宜的溫度及營養條件下，將其用于水處理，可以同時發揮活性炭吸附和微生物生物降解的雙重作用，這種作用被稱為生物活性炭。活性炭上面的吸附質能夠為微生物提供穩定的生息環境，而微生物的存在也為活性炭提供了生物再生功能，總的效果是將帶有穿透現象的不穩定吸附過程轉化為準穩態過程。

用于水處理的活性炭包括粉狀活性炭和顆粒活性炭。粉狀活性炭一般采用直接投入原水的方式，用于除去季節性產生的霉味等異臭、異味，以及除去表面活性劑、農藥等，還可以在發生化學物質污染水源事故的時候作為應急處理措施。使用粉狀活性炭進行水處理多為間歇操作，根據水源的不同要注意控制加料比例、混合接觸時間以及投料點的選擇。使用顆粒活性炭進行水處理，一般采用固定床或移動床進行連續操作，活性炭需定期再生。顆粒活性炭和粉狀活性炭作用相同，但顆粒炭不易流失，容易再生重復使用，適合用于污染較輕、需連續運行的水處理工藝，而粉狀炭目前不易回收，一般為一次性使用，用于間歇地污染較重的水處理工藝。

粉狀活性炭在處理水源中突發臭味、工業污染方面有很好的應用。2005年9月~11月期間，由于密云水庫臭味物質含量高，北京水務集團第九水廠采用了向輸水管道中投加粉狀炭的技術，有效地除了異味。在松花江受到硝基苯和苯污染期間，哈爾濱市供排水集團在建設部專家組的指導下，利用第九水廠的技術及時處理了水中硝基苯，達到了水質要求。在使用粉狀炭時，必須根據所要去除污染物的種類和濃度進行吸附試驗，以確定活性炭種類和數量。投加粉狀炭之前，應注意先將炭粉制成炭漿定量均勻地加入水中，接觸時間越長，除污染效果越好。

目前活性炭在凈水中的應用已十分廣泛。在美國和日本，飲用水凈化活性炭吸附設施非常普遍；發達用于水處理的活性炭約占總用量的40%~50%，美國每年用于水處理的活性炭占美國活性炭生產總量的45%以上。我國北京的上水已全部經過活性炭凈化，上海、深圳等城市也正在推行，家庭活性炭凈水器應用也開始普及。預計不遠的將來，活性炭在我國水處理領域將獲得飛躍式發展。