由于有些地面水源水质变差和饮用水水质的要求提高，在常规的水处理基础上，自来水厂的处理工艺都向深度处理发展，活性炭因其强吸附性能而应用于自来水的深度处理，很多国家的水厂都采用了此项工艺。
20世纪60年代以前，臭氧氧化法被当作与加氯消毒相应的一种消毒方法。后来发现在水厂采用氯消毒时，会造成氯与水中有机物形成三氯甲烷的危害。然而研究表明，用臭氧氧化法时，当臭氧量不足会产生对人体有害的诱变剂和致癌物。
国际上较普遍采用臭氧技术，广泛应用此技术的当属法国。投加臭氧的位置有两种，一种是在滤池之后，主要作消毒剂使用；另一种是在原水中投加一次，在普通滤池之后、活性炭滤池之前再加一次。一次投加作为消毒剂用，二次投加起生物活性炭的作用。
我国有些水厂开始应用臭氧与活性炭滤池联合使用的生物活性炭法。实践表明，有如下作用：能去除水中溶解的有机物；能降低UV的吸收值，降低水中总有机碳（total organic carbon，TOC）、化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）及氯的含量；能降低进水中三卤甲烷前体；对色度、铁、锰、酚有去除效果；能使致突变实验（Ames）试验为阳性的水分显阴性。
显然，生物活性炭法是当前去除水中有机物的方法中较为有效的一种深度处理方法，但此法的应用因其耗电量较大等缺点而受到限制。
活性炭用于去除致臭物质，早已有之，而且常常成为较有效的处理方法。1978年美国环境保护局（EPA）曾建议美国的所有城市，当供水人口大于75000人时，给水处理系统都须使用颗粒活性炭。美国环保委员会为了保护饮水不被苯、甲苯、氯仿等有机物所污染，曾投资150万美元建造了两座活性炭吸附装置，每个吸附塔一次填装颗粒活性炭9t，每天可处理饮水100万加仑（3.78541×106L）。
粉状活性炭有如下几种投加方式：可在沉淀以前投加或者随后在进入快滤池之前投加，这两种投加方式都需要使活性炭有足够长的接触时间；也可分别由两个或更多的投加点投加；也可使用流化床装置。在较大的装置中，可用尘埃控制干加系统投加活性炭，也可用水加炭的炭浆投加，投加量控制在5-50mg/L之间。
粉状活性炭的使用通常是一次性的，虽然粉炭便宜，但消耗大，应考虑到经济效益和环保问题，也有必要回收利用。例如：有一种氧化法能成功地将活性污泥/粉状活性炭的糊状物予以再生。
粒炭的使用日渐增多，其再生损耗不超过5%。但也有使用强度差、便宜的粒炭，用过的废炭有可能重新加工成为粉炭。粒炭以装在净化工序之后为佳，其好处是：一些有机物质已由混凝和沉淀（澄清）工艺去除，既减轻了活性炭的负担，又延长了操作寿命；降低了活性炭被颗粒状杂质和混凝剂絮体的堵塞程度。