活性炭在处理工业废水中，分一级、二级、三级处理工序中均可使用。对于污染成分复杂的工业废水，多数情况下需要将几种处理工艺组合起来进行处理，活性炭往往在组合工艺中最后的深度处理中应用。另外，活性炭可以与不同的材料联合应用，组成新的工艺技术，以取得更好的处理效果。
在废水的一级物化处理工序中，活性炭主要用作絮凝吸附分离剂，用于吸附或协助絮凝一些难生化降解或对微生物有毒害的有机污染物。最典型的应用技术是粉末活性炭工艺，在石化、印染、焦化工业废水中投加适量粉状活性炭，可除去废水中不可生物降解的色度、臭味，避免曝气池发泡现象，同时可以使混凝絮体或生物絮体迅速增长而沉淀，还能除去废水中的重金属离子及其络合物。
对于印染和石油化工这类COD、BOD含盆较高的废水，活性炭也可用于二级处理组合系统。在二级生化降解处理工序中，活性炭多用作各种新型高负荷生化反应器的生物膜载体填料，可以富集有机物，提高生化降解速率和最终转化率，还能够提高反应器高负荷水质水量冲击。同时，活性炭作为生物膜载体，还能够形成生物活性炭，极大地延长了活性炭的使用寿命。
工业废水的深度处理和回用是解决我国缺水问题的一种主要途径。一般情况下。工业废水经过一级物化和二级生化处理即可达标排放，但若需要对处理后的废水进行回用，则需进行三级深度处理。在三级处理工序中，活性炭主要用来吸附脱除水中的残留的难降解有机污染物(POPS，包括杂环、多环化合物及~些长链脂肪烃，使出水质达到生产回用的要求，此时活性炭主要起两种作用:一是普通吸附剂，二是生物膜载体，形成生物活性炭。
可用于水处理的煤质颗粒炭和粉状炭作用相同，但颗粒炭不易流失，容易再生重复使用，适合用于污染较轻、连续运行的水处理工艺，而粉状炭目前不易回收，一般为一次性使用，一般用于间歇的污染较重的水处理工艺。