かっせいたん黒鉛微結晶、単一平面網状炭素と非晶質炭素の3つの部分からなり、黒鉛微結晶は活性炭を構成する主体部分である。活性炭の微結晶構造は黒鉛の微結晶構造とは異なり、その微結晶構造の層間隔は0.34〜0.35 nmの間であり、隙間が大きい。2000℃以上の温度でも黒鉛への変換は困難であり、この微結晶構造は非黒鉛微結晶と呼ばれ、ほとんどの活性炭は非黒鉛構造に属している。黒鉛型構造の微結晶配列は比較的規則的であり、処理後に黒鉛に変換することができる。非黒鉛状微結晶構造は活性炭に発達した孔構造を持たせ、その孔構造は孔径分布によって特徴付けることができる。活性炭の孔径分布範囲は広く、1 nm未満から数千nmまでである。ある学者は活性炭の孔径を3種類に分けることを提案した：孔径が2 nm未満は微孔、孔径が2〜50 nmは中孔、孔径が50 nm以上は大孔である。

活性炭中の微孔比表面積は活性炭比表面積の95%以上を占め、活性炭の吸着容量を大きく決定した。中孔比表面積は活性炭比表面積の5%程度を占め、微孔に入ることができない大きな分子の吸着位であり、比較的高い相対圧力で毛細管凝集が発生する。大孔比表面積は一般的に0.5 m 2/gを超えず、吸着質分子が微孔と中孔に到達する通路であるだけで、吸着過程に影響は少ない。

典型的には、粉状または粒状の吸着能力の高い多孔質非晶質炭である。固体炭素質物（例えば石炭、木材、ハードシェル、核、樹脂など）を空気遮断条件下で600〜900℃の高温炭化し、その後400〜900℃条件下で空気、二酸化炭素、水蒸気または3つの混合ガスで酸化活性化した後に得られる。

炭化は炭素以外の物質を揮発させ、酸化活性化は残留した揮発物質をさらに除去し、新たなものと既存の孔を拡大し、微孔構造を改善し、活性を増加させることができる。低温（400℃）で活性化された炭をL−炭、高温（900℃）で活性化された炭をH−炭と呼ぶ。H−炭は不活性雰囲気中で冷却しなければならず、そうしないとL−炭に変化する。活性炭の吸着性能は酸化活性化時のガスの化学的性質及びその濃度、活性化温度、活性化程度、活性炭中の無機物組成及びその含有量などの要素と関係があり、主に活性化ガスの性質及び活性化温度に依存する。

活性炭の炭素含有量、比表面積、灰分含有量及びその水懸濁液のpH値はいずれも活性化温度の上昇に伴って増加した。活性化温度が高くなるほど、残留した揮発物質の揮発が完全になり、微孔構造が発達し、比表面積と吸着活性が大きくなる。

活性炭中の灰分組成及びその含有量は炭の吸着活性に大きな影響を与える。灰分は主にK 2 O、Na 2 O、CaO、MgO、Fe 2 O 3、Al 2 O 3、P 2 O 5、SO 3、Cl−などから構成され、灰分含有量は活性炭を製造する原料と関係があり、また、炭中の揮発物の除去に伴い、炭中の灰分含有量は増加した。

2007年現在、活性炭の年間生産量は900 ktに達し、そのうち石炭基（質）活性炭が総生産量の2/3以上を占めている、