碳分子筛是利用筛分的特性来达到分离氧气、氮气的目的。在分子筛吸附杂质气体时，大孔和中孔只起到通道的作用，将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中，微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。如前图所示，碳分子筛内部包含有大量的微孔，这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内，同时限制大直径分子的进入。由于不同尺寸的气体分子相对扩散速率存在差异，气体混合物的组分可以被有效的分离。因此，在制造碳分子筛时，根据分子尺寸的大小，碳分子筛内部微孔分布应在0.28～0.38nm。在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。微孔孔径大小是碳分子筛分离氧、氮的基础，如果孔径过大，氧气、氮气分子筛都很容易进入微孔中，也起不到分离的作用；而孔径过小，氧气、氮气都不能进入微孔中，也起不到分离的作用。
国产分子筛由于受条件限制，对孔径大小控制的不是很好。市面上销售的碳分子筛微孔孔径分布在0.3～1nm，只有岩谷分子筛做到了0.28～0.36nm。碳分子筛的原料为椰子壳、煤炭、树脂等，步先经加工后粉化，然后与基料揉合，基料主要是增加强度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃温度下通入活化剂，常用的活化剂有水蒸气、二氧化碳、氧气以及它们的混合气。它们与较为活泼的无定型碳原子进行热化学反应，以扩大比表面积逐步形成孔洞活化造孔时间从10～60min不等；第三步为孔结构调节，利用化学物质的蒸气：如苯在碳分子筛微孔壁进行沉积来调节孔的大小，使之满足要求。
碳分子筛（英文名carbon molecular sieves）是新型的非极性吸附剂，具有在常温变压下吸附空气中氧分子的性能，因而可获得富氮气体。它分离空气的能力取决于空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度、或不同的吸附力、或两种效应同时起作用，碳分子筛PSA空分制氮就是基于这一性能。
碳分子筛回收制作，多孔碳材料在提高比表面积,控制孔径的大小和分布一直难以解决。还未能成功利用硬软模板法来合成高比表面积,控制孔径的大小和窄分布的碳分子筛，但这仍旧是一个值得深入挖掘的课题。近年来人们利用离子液体为前躯体合成孔径均一多孔碳材料，条件苛刻成本高。以此类多孔碳材料在吸附分离、储氢、负载金属后催化以及燃料电池与电化学双电层电容器等领域的用途。
碳分子筛回收是指将废碳分子筛回收，以重新利用。碳分子筛是一种具有特殊结构的碳材料，具有的比表面积，能够选择地吸附气体分子，并能有效地控制气体的流动。碳分子筛的回收有助于减少废物，降低废物处理和处理成本，并能够有效地利用废碳分子筛，以节省能源。
这种分子筛具有高选择性、可控性高、多种功能性、活性位点可调等优点。
分子筛是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它具有均一的孔径和的比表面积、热稳定性好、吸附性能强、内表面积大、强度高等特点。分子筛由于其用途的不同，因此分为3A、4A、5A、13X、13X空分分子筛、中空玻璃分子筛、分子筛活化粉、碳分子筛等几类。