碳分子篩是20世紀七十年代發展起來的一種新型吸附劑，是一種優良的非極性碳素材料。碳分子篩的主要成分為元素碳，外觀為黑色柱狀固體，內部含有大量直徑為0.28-0.36nm的微孔及少量的大孔和中孔（又叫過渡孔），其微孔的比表面積占到碳分子篩所有孔表面積的90%以上，微孔比表面積一般都超過了1000m2/g的水平。

制氮碳分子篩（CMS）分離空氣的能力，取決于空氣中氧氣和氮氣在碳分子篩微孔中的不同擴散速度，由于不同動力學直徑的氣體分子相對擴散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。常用的碳分子篩的內部微孔分布應在0.28～0.36nm，在該微孔尺寸范圍內，氧氣（動力學直徑0.346nm）可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣（動力學直徑0.364nm）卻比較難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。二氧化碳（動力學直徑0.33 nm）也可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，是比較強的被吸附氣體。