Cacbon hóa là quá trình nhiệt phân hủy nguyên liệu về dạng cacbon và đồng thời làm bay hơi một số hợp chất hữu cơ nhẹ, hình thanh nên hệ thống mao quản ban đầu của than. Quá trình cacbon hóa có thể diễn ra ở 3 pha: rắn, lỏng và khí. Tùy thuộc vào đặc điểm và trạng thái ban đầu của nguyên liệu để xác định pha hoạt hóa phù hợp. Cacbon hóa pha rắn: Nguyên liệu ban đầu thường là những hệ đại phân tử được tổng
hợp hay sản phẩm của các quá trình tự nhiên. Nguyên liệu bị phân hủy khi tăng nhiệt độ xử lý, quá trình diễn ra cùng với sự giải phóng các khí và sự hóa hơi các phân tử có khối lượng thấp. Do đó, than thu được luôn có tỉ trọng nhỏ hơn so với nguyên liệu ban đầu. Trong quá trình cacbon hóa, khi hệ đại phân tử ban đầu phân hủy, các nguyên tử cacbon còn lại trong cấu trúc mạng đại phân tử sẽ di chuyển một khoảng ngắn (có thể < 1nm) tới những vị trí mà ở đó nguyên tử có năng lượng tự do nhỏ hơn, hình thành những cấu trúc trung gian mới hay thậm chí có thể hình thành những mạng nguyên tử cacbon bền vững. Khi các nguyên tử khác tách ra ngoài cấu trúc mạng, cùng với sự di trú của các nguyên tử cacbon và tạo liên kết lẫn nhau chúng tạo nên hệ thống cấu trúc mao quản của than. Do vậy, thành phần của nguyên liệu ban đầu khác nhau sẽ phân hủy theo những cách riêng tạo nên những dạng than có cấu trúc và độ xốp khác nhau. Cacbon hóa pha lỏng: Các nguyên liệu thể lỏng như vòng thơm, hắc ín cho phép tạo tạo thành cacbon có thể graphit hóa, về cơ bản là than không xốp. Quá trình cacbon hóa ở pha lỏng có cơ chế hoàn toàn khác với trong pha rắn. Bằng sự cacbon hóa pha lỏng, dạng graphit hóa được tạo thành. Cacbon hóa pha khí: Nguyên liệu đầu vào ở pha khí, có thể là metan, butan hoặc benzen, nhưng quan trọng là quá trình cacbon hóa nguyên liệu khí ở áp suất tương đối thấp, thường được pha loãng với khí heli.