Los sistemas de adsorción tratan el agua mediante la adición de una sustancia, como carbón activado o alúmina (óxido de aluminio), a la fuente de suministro de agua. Los adsorbentes atraen a los contaminantes mediante procesos químicos y físicos que causan que éstos se ‘adhieran’ a sus superficies para su eliminación posterior.
Por un gran margen, el adsorbente de uso más frecuente es el carbón activado — una sustancia similar al carbón común pero sumamente porosa. El carbón activado en polvo a menudo se usa cuando surgen problemas temporales de calidad; éste se puede agregar sencillamente al agua y desecharlo con los fangos de desecho. El carbón granular activado a menudo se distribuye en una bandeja a través de la cual se hace pasar o percolar lentamente el agua fuente.
El tratamiento de alúmina activada se usa para atraer y eliminar contaminantes, como el arsénico y el fluoruro, que tengan iones con carga negativa. Sin embargo, esta opción puede ser costosa y quizá requiera el mantenimiento complicado del sistema. Además, el agua puede requerir el ajuste de pH antes de la columna de adsorción, y con frecuencia surge el problema de residuos de aluminio excesivos. Para la regeneración se requieren ácidos y bases.
El intercambio iónico utiliza una resina que elimina los contaminantes inorgánicos cargados como el arsénico, el cromo, el nitrato, el radio, el uranio y el exceso de fluoruro intercambiándolos por inocuos iones cargados en su superficie. Funciona mejor con agua sin partículas y se puede modificar su escala para adaptarlo a cualquier tamaño de instalación de tratamiento. El intercambio iónico se usa con mayor frecuencia para eliminar la dureza (resina catiónica) o nitrato (resina aniónica). En ambas instancias, se puede regenerar con agua salada. El uso del intercambio iónico para eliminar radionúclidos se complica por el hecho de que estos materiales se acumulan en la resina y ocurren a niveles elevados en el regenerante, para complicar grandemente las operaciones.
Usualmente se prefiere el carbón activado para eliminar los contaminantes orgánicos, mientras que el intercambio iónico a menudo es mejor para eliminar las moléculas inorgánicas solubles.