L'adsorption avec coalescence se différencie de l'adsorption simple par le fait qu'elle s'applique à une émulsion, donc à un mélange de deux phases liquides non miscibles, et pas à un liquide monophasé.
Dans un tel mélange, les gouttelettes de l'émulsion sont stables, car soumises à l'action des forces de gravitation et des forces de tension superficielles, qui s'équilibrent.
Le principe de l'adsorption avec coalescence est de réaliser une adsorption sur un solide (sable ou céramique oléophile) des gouttelettes de l'émulsion qui, par capillarité, vont se regrouper: c'est ce qu'on appelle la coalescence. On obtient alors des gouttelettes de plus en plus grosses, jusqu'à ce que les forces de tension superficielles deviennent négligeables par rapport aux forces de gravitation. Les deux phases sont alors séparées par décantation.
Cette technique permet de traiter entre 0,5 et 10 tonnes d'effluents par heure. La concentration en hydrocarbures non miscibles à l'entrée est en général inférieure à 500 mg/l et en sortie, on arrive à avoir une concentration inférieure à 15 mg/l.
L'adsorption avec coalescence est utilisée dans le traitement des eaux pour en extraire des composés organiques, essentiellement huiles et graisses. On l'utilise notamment dans l'industrie pétrolière pour traiter des mélanges eau/hydrocarbures, dans l'industrie du décolletage pour traiter les fluides d'usinage et les eaux à laver les pièces usinées, ou dans l'industrie automobile.