活性炭由已石墨化的活性炭微晶和未石墨化的非晶炭质构成其基本炭质，非晶炭质与炭微晶的相互连接则构成了活性炭的形状和孔隙结构。活性炭通常被认为是无定形碳，活性炭又被认为是属于微晶类的碳系。X射线衍射研究显示，活性炭中包含的石墨微晶是粒径尺寸1~3nm的结晶。根据里利(Riley)的X射线分析，除了这些石墨微晶之外，活性炭通常还包含有有1~3个无定形碳以及杂原子，这些决定着活性炭结构和性质。在石墨结构中，碳原子以大π键存在进而形成石墨的平面网状结构，平面网的规律性排列形成规整的二维结构，所以石墨具有导热、导电和润滑等特性。

　　活性炭属于无定形炭的一种，与制备原料(木屑、果壳、煤)相比，由于经过高温炭化、活化等过程，活性炭的结构中已形成部分微晶炭，其面网的结构与石墨类似，但是在碳原子六角形排列的完善度、层片大小、平面化程度、层间距等方面与石墨存在着一定差异。除了微晶炭，活性炭中仍有部分非晶质化的炭，所以活性炭被认为是由微晶群和单个网状平面以及无规则炭组成的多相物质。

　　通过X射线分析，活性炭的炭微晶有两种结构，一种是类石墨结构的微晶炭，其大小受到炭化温度的影响，与石墨相比，微晶炭因平面网之间不整齐排列而出现“乱层结构”。另外一种微晶炭是炭六方面网空间交联而形成无序的结构，主要由于石墨网结构之间的轴向不同、面网间距不整齐、石墨层间扭曲或者杂原子(如氧、氮等)的浸入。Ri1ey认为，这两种结构普遍存在于炭材料中，并且直接影响着炭材料的特性。