碳分子筛具有很小的微孔，孔径分布在0.3nm-1nm之间，当气体与多孔的分子筛接触时，因分子筛表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或表面引力场，使气相中的可被吸附的氧分子碰撞到分子筛表面后，即被吸附。随着吸附的进行，吸附于表面的氧分子逐渐增加，吸附表面逐渐被氧分子覆盖，分子筛再吸附的能力下降，最终失去吸附能力，即达到吸附平衡。因此分子筛制氮机都会设计两只吸附塔。当其中某一只吸附平衡时，另只吸附进行工作，平衡的那只解压脱附所吸的氧分子。如此相互交替工作，连续产出氮气。

碳分子筛（ＣＭＳ）是新型的非极性吸附剂，具有在常温变压下吸附空气中各种气体分子性能。它的分离能力，取决于空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度、或不同的吸附力、或两种效应同时起作用。碳分子筛空分制氮就是基于这一性能，因而可获得富氮气体碳分子筛空分制氮已被广泛地应用于石油化工、煤矿防灭火、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。