A medida que la población mundial crece, la demanda de métodos de purificación de agua rentables y ecológicos está aumentando, lo que actualmente se encuentra en su punto máximo debido al aumento de impurezas en el agua y la creciente conciencia sobre las enfermedades transmitidas por el agua. Los materiales a base de carbono, que incluyen carbón activado, nanotubos de carbono (CNTs), grafeno, óxido de grafeno (GO), óxido de grafeno reducido (rGO), fullerene y puntos de carbono, son considerados como candidatos potenciales para el tratamiento del agua. En la presente revisión, se resumen críticamente los desarrollos relacionados con los métodos de purificación de agua utilizando nanomateriales de carbono en la última década, con énfasis en sus propiedades termofísicas. Se presentan las técnicas de fabricación para carbón activado, CNTs, grafeno y óxido de grafeno, con énfasis en las propiedades de los materiales de carbono que permiten su uso para la purificación del agua. Luego, se realiza una revisión extensa de 71 patentes dedicadas a la purificación de agua utilizando materiales de carbono como carbón activado y fibras de algodón. Posteriormente, se discuten los estudios de investigación más importantes sobre la purificación de agua utilizando nanomateriales de carbono, mostrando que los CNTs, GO y rGO son ampliamente utilizados en los procesos de tratamiento de agua. La presente revisión discute críticamente los desarrollos recientes y proporciona información importante sobre la purificación de agua utilizando materiales de carbono.