Filter air karbon dapat berupa semua jenis sistem pemurnian air yang menggunakan karbon untuk menghilangkan kotoran. Contoh umum termasuk sistem karbon aktif granular kota besar (GAC), filter akuarium “arang”, dan filter air untuk keperluan rumah tangga atau meja, kadang-kadang disebut filter air minum rumah tangga atau point-of-use. Filter air karbon umumnya menggunakan karbon aktif granular atau blok karbon untuk pemurnian, keduanya menghilangkan kotoran melalui proses yang disebut adsorpsi.
Dalam filter air karbon aktif granular (GAC), air bergerak melalui potongan-potongan kecil karbon aktif. Konsistensi karbon ini digambarkan sebagai pasir hitam halus atau bubuk kopi yang sangat halus, dan menyajikan area permukaan yang luas untuk dilalui air. Kotoran terperangkap pada karbon melalui adsorpsi, menghasilkan air yang lebih bersih. Filter air GAC kadang-kadang dapat mengalami saluran, di mana air mengalir melalui jalur tertentu yang memberikan sedikit hambatan dan menghasilkan sedikit pemurnian, jika digunakan secara berlebihan atau dikemas dengan tidak benar.
Dalam filtrasi blok karbon, karbon ditekan menjadi satu blok, biasanya berbentuk silinder. Air kemudian dipaksa melalui blok, menghasilkan pemurnian. Sementara filter blok karbon masih menggunakan adsorpsi untuk membersihkan air, filter blok karbon padat bahkan dapat secara fisik memblokir beberapa agen mikrobiologis untuk melewatinya – sesuatu yang biasanya tidak dapat dicapai oleh filter yang kurang padat seperti GAC.
Filter air karbon menghilangkan banyak kotoran dari air. Klorin, senyawa organik volatil (VOC), pestisida, herbisida, dan merkuri adalah filter yang paling cocok digunakan. Beberapa filter blok karbon juga telah dirancang untuk menghilangkan PCB (Polychlorinated biphenyls), timbal, dan asbes. Perak kadang-kadang ditambahkan ke filter karbon aktif granular untuk memberikan sifat antimikroba. Filter air karbon umumnya tidak efektif dalam menghilangkan senyawa anorganik lainnya, radionuklida, dan banyak agen mikrobiologi.
Agar filter air karbon efektif, karbon aktif harus diganti secara teratur. Meskipun ada cara industri untuk “merebut kembali” karbon aktif, pengguna rumah tangga perlu mengganti karbon aktif selama interval yang direkomendasikan – biasanya setelah sejumlah galon tertentu telah dimurnikan. Sebagian besar filter air karbon eceran menggunakan kartrid pra-paket untuk memudahkan penggantian karbon, tetapi beberapa filter karbon aktif granular masih dapat ditemukan yang memungkinkan konsumen menangani karbon secara langsung.
Seperti disebutkan sebelumnya, filter air karbon menggunakan proses yang disebut adsorpsi untuk memurnikan air. Dalam adsorpsi, partikel kecil dihilangkan dari air atau udara dan menempel pada permukaan zat lain. Sifat keropos karbon menghadirkan area permukaan yang besar yang memungkinkan proses ini bekerja dengan sangat baik.