活性炭在多介质过滤器中有以下重要作用：
一、有机物去除
吸附有机污染物
活性炭具有高度发达的孔隙结构，其比表面积通常可达 500 - 1500m2/g。这些孔隙包括微孔、中孔和大孔，为有机物的吸附提供了巨大的场所。当含有机物的水通过活性炭层时，有机物分子会在范德华力的作用下被吸附到活性炭的孔隙表面。例如，水中的天然有机物如腐殖酸、富里酸等大分子有机物，会被吸附在活性炭的中孔和大孔中；而像农药、多环芳烃等小分子有机物则主要被微孔吸附。这种吸附作用可以显著降低水中有机物的含量，有效改善水质。
对于一些难生物降解的有机物，活性炭的吸附作用尤为重要。在水处理过程中，这些有机物可能会对后续的消毒工艺产生影响，形成消毒副产物。通过活性炭吸附去除这些有机物，可以减少消毒副产物的生成，提高饮用水的安全性。
降低化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）
COD 是衡量水中有机物含量的一个重要指标，BOD 则反映了水中可被生物降解的有机物的含量。活性炭对有机物的吸附可以使水中的 COD 和 BOD 值降低。例如，在工业废水处理中，对于含有高浓度有机物的废水，如印染废水、制药废水等，经过活性炭吸附后，COD 值可以降低 30% - 70%，BOD 值也会相应降低，从而减轻了后续生物处理工艺的负担。
二、去除余氯
化学反应去除余氯
活性炭表面含有丰富的官能团，如羧基、羟基等，这些官能团可以与水中的余氯发生化学反应。当含有余氯（如 Cl?、HClO 等）的水通过活性炭时，余氯会与活性炭表面的官能团发生氧化还原反应。例如，余氯中的氯原子会与活性炭表面的碳发生反应，生成氯化物，从而将余氯去除。这个过程可以用以下反应式表示（以 Cl?为例）：
这种去除余氯的方式非常有效，在饮用水处理和游泳池水处理中应用广泛。在饮用水处理中，去除余氯可以避免余氯对人体的潜在危害，同时防止余氯与水中的有机物反应生成有害物质；在游泳池水处理中，去除余氯可以调节水中的余氯含量，使其保持在合适的范围内，保证游泳者的健康和舒适。
三、去除色素和异味
吸附色素分子
活性炭对水中的色素有很好的吸附效果。无论是天然色素还是人工合成色素，活性炭都可以通过其孔隙结构将色素分子吸附。例如，在处理含有天然色素（如腐殖质导致的黄褐色）的地表水或含有人工色素（如食品加工废水或印染废水的染料颜色）的废水时，活性炭可以有效吸附这些色素，使水的颜色变浅或消失。
消除异味物质
水中的异味物质（如硫化氢导致的臭鸡蛋味、氨味等）可以被活性炭吸附。异味物质的分子在活性炭的孔隙中被吸附，从而消除了水的异味。这在生活饮用水处理、水产养殖用水处理等方面非常重要。例如，在水产养殖中，水中的异味物质可能会影响水生生物的生长和品质，通过活性炭吸附去除异味物质可以为水生生物提供良好的生存环境。
四、部分重金属离子吸附
吸附重金属离子
虽然活性炭对重金属离子的吸附能力相对较弱，但它仍然可以吸附一些重金属离子。活性炭表面的官能团可以与重金属离子发生离子交换或络合反应。例如，对于水中的汞（Hg2?）、铅（Pb2?）、镉（Cd2?）等重金属离子，活性炭可以通过其表面的羧基、羟基等官能团与之发生反应，将部分重金属离子吸附在其表面，从而在一定程度上降低水中重金属离子的含量。不过，对于重金属离子含量较高的水，通常还需要结合其他处理方法（如化学沉淀法、离子交换法等）来达到更好的处理效果。