Kohlenstoffmolekularsiebe nutzen die Eigenschaften des Siebens, um Sauerstoff und Stickstoff zu trennen. Wenn Molekularsiebe Verunreinigungsgase adsorbieren, spielen Makroporen und Mesoporen nur die Rolle von Kanälen, und die adsorbierten Moleküle werden zu Mikroporen und Submikroporen transportiert, und Mikroporen und Submikroporen sind die Volumina, die wirklich eine Adsorptionsrolle spielen. Kohlenstoffmolekularsiebe enthalten eine große Anzahl von Mikroporen, die es Molekülen mit kleiner kinetischer Größe ermöglichen, schnell in die Poren zu diffundieren, während das Eindringen von Molekülen mit großem Durchmesser eingeschränkt wird. Aufgrund der Unterschiede in den relativen Diffusionsraten von Gasmolekülen unterschiedlicher Größe können die Komponenten des Gasgemisches effektiv getrennt werden. Daher sollte bei der Herstellung von Kohlenstoffmolekularsieben je nach Molekülgröße die interne Mikroporenverteilung von Kohlenstoffmolekularsieben 0,28 bis 0,38 nm betragen. In diesem Mikroporengrößenbereich kann Sauerstoff schnell durch die mikroporösen Öffnungen in die Poren diffundieren, während Stickstoff die mikroporösen Öffnungen nur schwer passieren kann, sodass eine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht wird. Wenn die Porengröße zu groß ist, können Sauerstoff- und Stickstoffmolekularsiebe leicht in die Mikroporen eindringen und können nicht die trennende Funktion übernehmen. Wenn die Porengröße zu klein ist, können Sauerstoff und Stickstoff nicht in die Mikroporen eindringen und auch nicht die trennende Funktion übernehmen.
Aufgrund der eingeschränkten Bedingungen lässt sich die Porengröße von inländischen Molekularsieben nicht gut kontrollieren. Die Mikroporengrößenverteilung von Kohlenstoffmolekularsieben auf dem Markt beträgt {{0}},3–1 nm, und nur Iwatani-Molekularsiebe haben 0,28–0,36 nm erreicht. Die Rohstoffe für Kohlenstoffmolekularsiebe sind Kokosnussschalen, Kohle, Harz usw., die nach der Verarbeitung pulverisiert und dann mit dem Grundmaterial verknetet werden. Das Grundmaterial dient hauptsächlich dazu, die Festigkeit zu erhöhen und zu verhindern, dass das Material bricht und pulverisiert wird. Der zweite Schritt besteht darin, die Poren zu aktivieren, und der Aktivator wird bei einer Temperatur von 600–1.000 Grad eingeführt. Die üblicherweise verwendeten Aktivatoren sind Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff und deren Mischungen. Sie führen thermochemische Reaktionen mit aktiveren amorphen Kohlenstoffatomen durch, um die spezifische Oberfläche zu vergrößern und allmählich Löcher zu bilden. Die Aktivierungszeit variiert zwischen 10 und 60 Minuten. Der dritte Schritt besteht in der Anpassung der Porenstruktur. Dabei wird der Dampf chemischer Substanzen, wie etwa Benzol, auf der Mikroporenwand des Kohlenstoffmolekularsiebs abgelagert, um die Porengröße den Anforderungen entsprechend anzupassen.