制藥有機廢水中有機污染物比重金屬污染更廣泛、更復雜。典型的制藥有機廢水有機污染物包括染料、酚類物質和農藥殘留物等。有機污染物與生物炭結合的吸附機制也是不同類型的吸附作用之間的結合，主要包括：（1）物理吸附，分子粒徑較小的有機污染物通常通過孔隙填充被吸附到生物炭內部，在溶質濃度相對較低的情況下或在具有低揮發性物質含量的生物炭中，有機化合物在生物炭中的吸附可能主要由孔隙填充機制決定；（2）靜電吸引，靜電相互作用是離子化有機化合物和可離子化有機化合物吸附的主要機制，此類有機化合物通常被吸引到具有相反電荷的吸附劑表面上；（3）分配作用，由孔隙填充吸附到生物炭內部的有機化合物如果進入生物炭非碳化部分的有機基質中，吸附的有機化合物會溶解在有機基質內，發生類似分配的吸收機制。分配多發生在高溶質濃度下的生物炭（< 400 ℃）中的無定形碳相上；（4）芳香-π和陽離子-π相互作用，芳香族化合物通過非共價π-電子供體-受體相互作用與生物炭結合，低溫處理的生物炭中的芳香-π結構可作為電子受體，而高溫處理的生物炭中的聚合芳環或負載的石墨烯片層可作為電子供體；（5）氫鍵結合，氫鍵合是極性有機化合物在生物炭上吸附的主要機制。生物炭上含有豐富的極性基團，使生物炭和含負電性元素的有機化合物之間通過H鍵結合；（6）疏水效應，表面氧化程度較低的生物炭具有疏水性質，可以通過疏水吸附機制吸附疏水性有機化合物或中性離子化有機物。不同有機污染物的作用機制也不同，吸附效果與生物炭的自身性質也密切相關。