Ένα φίλτρο νερού άνθρακα μπορεί να είναι οποιοσδήποτε τύπος συστήματος καθαρισμού νερού που χρησιμοποιεί άνθρακα για την αφαίρεση ακαθαρσιών. Τα κοινά παραδείγματα περιλαμβάνουν μεγάλα δημοτικά συστήματα κοκκώδους ενεργού άνθρακα (GAC), φίλτρα ενυδρείου με «κάρβουνο» και φίλτρα νερού οικιακής χρήσης ή πάγκου, που μερικές φορές ονομάζονται φίλτρα πόσιμου νερού οικιακής χρήσης ή σημείου χρήσης. Τα φίλτρα νερού άνθρακα χρησιμοποιούν γενικά είτε κοκκώδη ενεργό άνθρακα είτε μπλοκ άνθρακα για καθαρισμό, τα οποία απομακρύνουν τις ακαθαρσίες μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται προσρόφηση.
Σε ένα κοκκώδες φίλτρο νερού ενεργού άνθρακα (GAC), το νερό κινείται μέσα από μικρά κομμάτια ενεργού άνθρακα. Η συνοχή αυτού του άνθρακα έχει περιγραφεί είτε ως λεπτή μαύρη άμμος είτε ως εξαιρετικά λεπτός κόκκος καφέ, και παρουσιάζει μια μεγάλη επιφάνεια για το νερό να ταξιδέψει. Οι ακαθαρσίες παγιδεύονται στον άνθρακα μέσω της προσρόφησης, με αποτέλεσμα καθαρότερο νερό. Τα φίλτρα νερού GAC μπορεί μερικές φορές να υποφέρουν από διοχέτευση, όπου το νερό ταξιδεύει μέσω μιας συγκεκριμένης διαδρομής που δίνει μικρή αντίσταση και οδηγεί σε μικρό καθαρισμό, εάν χρησιμοποιείται υπερβολικά ή συσκευάζεται ακατάλληλα.
Στη διήθηση μπλοκ άνθρακα, ο άνθρακας συμπιέζεται σε ένα ενιαίο μπλοκ, συνήθως κυλινδρικού σχήματος. Στη συνέχεια, το νερό διοχετεύεται μέσω του μπλοκ, με αποτέλεσμα τον καθαρισμό. Ενώ τα φίλτρα μπλοκ άνθρακα εξακολουθούν να χρησιμοποιούν προσρόφηση για καθαρό νερό, τα φίλτρα πυκνού μπλοκ άνθρακα μπορούν ακόμη και να εμποδίσουν φυσικά τη διέλευση ορισμένων μικροβιολογικών παραγόντων – κάτι που γενικά δεν μπορούν να επιτύχουν τα λιγότερο πυκνά φίλτρα όπως τα GAC.
Ένα φίλτρο νερού άνθρακα αφαιρεί πολλές ακαθαρσίες από το νερό. Χλώριο, πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs), φυτοφάρμακα, ζιζανιοκτόνα και υδράργυρος είναι αυτά στα οποία λειτουργούν καλύτερα αυτά τα φίλτρα. Ορισμένα φίλτρα μπλοκ άνθρακα έχουν επίσης σχεδιαστεί για την αφαίρεση των PCB (πολυχλωριωμένα διφαινύλια), του μολύβδου και του αμιάντου. Μερικές φορές προστίθεται ασήμι σε κοκκώδη φίλτρα ενεργού άνθρακα για να παρέχει αντιμικροβιακές ιδιότητες. Τα φίλτρα νερού άνθρακα είναι γενικά αναποτελεσματικά στην απομάκρυνση άλλων ανόργανων ενώσεων, ραδιονουκλεϊδίων και πολλών μικροβιολογικών παραγόντων.
Για να είναι αποτελεσματικό ένα φίλτρο νερού άνθρακα, ο ενεργός άνθρακας πρέπει να αλλάζει σε τακτική βάση. Ενώ υπάρχουν βιομηχανικοί τρόποι για την «ανάκτηση» του ενεργού άνθρακα, οι οικιακοί χρήστες θα πρέπει να αντικαταστήσουν τον ενεργό άνθρακα κατά τη διάρκεια του συνιστώμενου διαστήματος – συνήθως μετά τον καθαρισμό ενός συγκεκριμένου αριθμού γαλονιών. Τα περισσότερα φίλτρα νερού άνθρακα λιανικής χρησιμοποιούν προσυσκευασμένα φυσίγγια για να διευκολύνουν την αντικατάσταση του άνθρακα, αλλά μπορούν ακόμα να βρεθούν μερικά φίλτρα ενεργού άνθρακα σε κόκκους που επιτρέπουν στους καταναλωτές να χειρίζονται απευθείας τον άνθρακα.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένα φίλτρο νερού άνθρακα χρησιμοποιεί μια διαδικασία που ονομάζεται προσρόφηση για τον καθαρισμό του νερού. Κατά την προσρόφηση, τα μικρά σωματίδια απομακρύνονται από το νερό ή τον αέρα και προσκολλώνται στην επιφάνεια μιας άλλης ουσίας. Η πορώδης φύση του άνθρακα παρουσιάζει μια μεγάλη επιφάνεια που επιτρέπει σε αυτή τη διαδικασία να λειτουργεί εξαιρετικά καλά.