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。
该装置一般称为制氮机。其工艺流程是采用在常温下变压吸附法(简称P.S.A法)，变压吸附为无热源的吸附分离过程，碳分子筛对被吸附组份(主要是氧分子)的吸附容量因上述原理在充压、产气时吸附，在降压排气时解吸，使碳分子筛再生。同时，床层气相富集的氮气穿过床层成为产品气，各步骤连为循环操作。
随着变压吸附技术的不断成熟，制氮机的应用领域越来越宽阔，国际上对碳分子筛的需求也越来越大，欧美等发达国家的需求量每年都稳步增长，近几年发展中国家的需求量更是突飞猛进，每年以成倍的速度增长，保守估计，2013年国际上碳分子筛总需求量在数十万吨以上。
