传统的单层级配滤料因反冲洗时水力分级的影响，其粒径分布呈现上小下大的“正粒度”排列，过滤过程中就会出现无烟煤滤料表层水头损失增长迅速和滤后水中杂质颗粒提前穿透两种不利后果，其中任何一种都会缩短过滤周期、减少周期产水量，并因中下层滤料基本未发挥截污作用而造成滤料吸附能力的浪费。单层均质滤料在某些程度上克服了滤料的整体或部分“正粒度”分布给过滤带来的不良情况，因而水中的悬浮杂质能渗入滤料层深处并被截留。但在实际应用过程中，滤料需选用较大的粒径，其相应滤料层高度也需增加。即单层均质滤料滤池在用粗滤料过滤的条件下，为保证过滤过程的正常进行，滤料层的厚度应适当增加，这种增加对新建滤池是易于实现的，但给老水厂原有生产滤池的挖潜改造带来困难，因自来水厂各处理构筑物之间的高程配合有相应的要求。因此在不进行过多变动的情况下，经济有效地提高其过滤性能、调整滤料层结构成为给水处理提高过滤效果的重要发展方向。

为了克服传统单层级配滤料层水力分级和单层均质滤料层厚度较大的缺陷，研究人员开发了双层滤料和多层滤料。双层滤料就是在滤层上部放置一层粒径较大、密度较小的轻质滤料。双层滤料滤层过滤时，水先通过粗粒径滤料，之后通过细粒径滤料，这样可增加滤料层的截污容量，延长过滤周期，体现理想滤料层的概念。使用较早也较广泛的轻质滤料是无烟煤，无烟煤滤料的密度比石英砂的密度小，粒径比石英砂大，在反冲洗后无烟煤滤料仍保持在石英砂层上面。后来使用的轻质滤料还有人工陶粒、人工合成纤维等。由于受到天然材料的限制，生产中所采用的仍然只有双层和三层滤料。