Desde un punto de vista estructural el carbón activado se puede definir como un material carbonoso poroso que ha sido sometido a una reacción con gases, a veces con la adición de productos químicos (por ejemplo ácido fosfórico o cloruro de cinc) durante o después de la carbonización, para aumentar la porosidad, la estructura está formada por un conjunto irregular de capas de carbono similar a las del grafito, entrecruzadas por grupos alifáticos que actúan como puente; los espacios entre las capas constituyen los poros del carbón activado.

La ordenación al azar de las capas y el entrecruzamiento entre ellas impide el reordenamiento de la estructura para dar grafito aun cuando se caliente hasta 3000 °C. Es precisamente esta característica del carbón activado la que más contribuye a su propiedad más importante, la estructura porosa interna altamente desarrollada accesible para los procesos de adsorción. La superficie especifica y las dimensiones de los poros dependen del precursor y de las condiciones de carbonización y activación utilizadas. 

Los tamaños de los poros van desde los más pequeños, llamados microporos (hasta 2.0 MN), hasta los mesoporos (d 2.0 a 50 MN) y macroporos (mayores a 50 MN). Hay que tener en cuenta que, aunque la mayor parte de la adsorción tiene lugar en los microporos (responsables de más del 90% de la superficie especifica), los mesoporos y los macroporos son extraordinariamente importantes en los carbones activados porque son los que facilitan el acceso de las especies que se van a adsorber al interior de la partícula y a los microporos.