碳分子篩是一種以煤或果殼為原料經特殊加工而成的黑色顆粒。其表面布滿了無數的微孔。碳分子篩分離空氣的原理，取決于空氣中氧分子和氮分子在碳分子篩微孔中的不同擴散速度，或不同的吸附力或兩種效應同時起作用。在吸附平衡條件下，碳分子篩對氧、氮分子吸附量接近。但在吸附動力學條件下，氧分子擴散到分子篩微孔隙中速度比氮分子擴散速度快得多。因此，通過適當的控制，在遠離平衡條件的時間內，使氧分子吸附于碳分子篩的固相中，而氮分子則在氣相中得到富集。同時，碳分子篩吸附氧分子的容量，因其分壓升高而增大，因其分壓下降而減少。這樣，碳分子篩在加壓時吸附氧分子使氮分子得到富集，減壓時解吸出氧分子排到空氣中，如此反復循環操作，達到分離空氣的目的。簡稱PSA制氮。