Pokud je požadována vyšší účinnost čištění, je třeba zařadit další stupeň čištění, kterým většinou bývá adsorpční filtr. Tyto filtry využívají tzv. adsorpce, tj. procesu, kterým se odstraňuje látka z roztoku jejich vazbou na povrch adsorbentu. Čím je povrch adsorbentu vyšší, tím je výraznější účinnost čištění. Při adsorpci se uplatňují tři základní druhy sil, přičemž o tom, která síla je rozhodující, rozhoduje charakter adsorbované látky a rozpouštědla. Při fyzikální adsorpci se uplatňují poměrně slabé, mezimolekulární van der Waalsovy síly. V pórech adsorbentu se tak může vázat až několik vrstev adsorbované látky. Protože jsou však vazební síly slabé, může dojít za určitých podmínek (zvýšení teploty) k opětovné desorpci navázaných látek do roztoku. Při chemisorpci hraje roli chemická reakce a vzájemné sdílení elektronů. Vzhledem k tomu je možné, aby se látka v roztoku vázala pouze na určitá centra sorbentu a může se tak tvořit pouze jedna vrstva zachycených látek na jeho povrchu. Chemická sorpce bývá většinou pomalejší, nevratná, ale její rychlost s rostoucí teplotou roste. Při iontové sorpci se využívá vzájemné elektrické přitažlivosti mezi adsorbentem a adsorbátem.
Po určité době od zahájení adsorpce se ustavuje dynamická rovnováha mezi koncentrací látky v roztoku a koncentrací látky vázané na povrch adsorbentu. Vztah, který popisuje tuto závislost, se nazývá adsorpční izoterma.