在處理工業廢水中，活性炭在一級、二級、三級處理工序中均可使用。對于污染成分復雜的工業廢水，多數情況下需要將幾種處理工藝組合起來進行處理，活性炭往往在組合工藝中最后的深度處理中應用。另外，活性炭可以與不同的材料聯合應用，組成新的工藝技術，以取得更好地處理效果。
在廢水的一級物化處理工序中，活性炭主要用作絮凝吸附分離劑，用于吸附或協助絮凝一些難生化降解或對微生物有毒害的有機污染物。最典型的應用技術是粉末活性炭工藝，在石化、印染、焦化工業廢水中投加適量粉狀活性炭，可除去廢水中不可生物降解的CODCr、色度和臭味，避免曝氣池發泡現象，同時可以使混凝絮體迅速增長而沉淀，還能除去廢水中的重金屬離子及其絡合物。
對于印染和石油化工這類COD、BOD含量較高的廢水，活性炭也可用于二級處理組合系統。在二級生化降解處理工序中，活性炭多用作各種新型高負荷生化反應器的生物膜載體填料，可以富集有機物，提高生化降解速率和最終轉化率，還能狗提高反應器高負荷水質水量沖擊。同時，活性炭作為生物膜載體，還能夠形成生物活性炭，極大地延長了活性炭的使用壽命。
工業廢水的深度處理和回用是解決我國缺水問題的一種主要途徑。一般情況下，工業廢水經過一級物化和二級生化處理即可達標排放，但若需要對處理后的廢水進行回用，則需進行三級深度處理。在三級處理工序中，活性炭主要用來吸附脫除水中的殘留的難降解有機污染物（POPS，包括雜環、多環化合物及一些長鏈脂肪烴），使出水水質達到生產回用的要求，此時活性炭主要起兩種作用：一是普通吸附劑；二是生物膜載體，形成生物活性炭。
可用于水處理的煤質顆粒炭和粉末炭作用相同，但顆粒炭不易流失，容易再生重復利用，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，一般用于間歇的污染較重的水處理工藝。