碳分子篩制氮機是由碳分子篩吸附、解析的變壓過程實現制氮的。碳分子篩是一種以焦炭為主要原料，經過研磨、氧化、成型、碳化，并經過特殊的孔型處理工藝加工而成的。利用表面積很大的焦炭分子篩將O?吸附并排出高濃度的N?。
由于碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠實現N?和O?的動力學分離，這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴散，O?分子的動力學直徑較小，在碳分子篩表面有較快的擴散速率，N?分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。壓縮空氣進入吸附塔后，O?、N?的吸附曲線如圖4-25所示。
由吸附曲線可以看到，當O?、N?在分子篩吸附劑微孔內擴散時，直徑較小的O?分子以較快的速度向微孔內擴散，并優先被分子篩吸附，在短時間內O?的吸附量大大超過N?的吸附量，再用解析方法釋放分子篩中吸附的O?成分，而N?作為產品從吸附罐中獲得。經過多次使用后的飽和的碳分子篩可以通過減壓得到再生。
