利用物理、化學和生物的方法對廢水進行處理，使廢水凈化，減少污染，以至達到廢水回收、復用，充分利用水資源。現代的廢水處理主要分為物理處理法、化學處理法和生物處理法3類。
處理方法 ：①物理處理法。通過物理作用分離、回收廢水中不溶解的呈懸浮狀態的污染物（包括油膜和油珠）的廢水處理法，可分為重力分離法、離心分離法和篩濾截留法等。以熱交換原理為基礎的處理法也屬于物理處理法。
②化學處理法。通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態的污染物或將其轉化為無害物質的廢水處理法。在化學處理法中，以投加藥劑產生化學反應為基礎的處理單元是：混凝、中和、氧化還原等；而以傳質作用為基礎的處理單元則有：萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換以及電滲析和反滲透等。后兩種處理單元又合稱為膜分離技術。其中運用傳質作用的處理單元既具有化學作用，又有與之相關的物理作用，所以也可從化學處理法中分出來 ，成為另一類處理方法，稱為物理化學法。
③生物處理法。通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機污染物，轉化為穩定、無害的物質的廢水處理法。根據作用微生物的不同，生物處理法又可分為需氧生物處理和厭氧生物處理兩種類型。廢水生物處理廣泛使用的是需氧生物處理法，按傳統，需氧生物處理法又分為活性污泥法和生物膜法兩類。活性污泥法本身就是一種處理單元，它有多種運行方式。屬于生物膜法的處理設備有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池以及近發展起來的生物流化床等。生物氧化塘法又稱自然生物處理法 。厭氧生物處理法，又名生物還原處理法，主要用于處理高濃度有機廢水和污泥。使用的處理設備主要為消化池。