針對不同污染物質的特征，發展了各種不同的廢水處理方法，這些處理方法按其作用原理劃分為四大類：物理處理法、化學處理法、物理化學法、生物處理法。
(1)物理處理法
利用物理作用分離污水中主要呈懸浮狀態的污染物質，在處理過程中污染物質的化學性質不發生改變。
主要有：利用污染物質與水的密度差異借重力沉降作用使其從水中分離的沉淀法，利用篩濾介質截流污水中的懸浮物的篩濾法;利用氣浮處理設備在污水中形成的微小氣泡上浮時將密度接近于水的微小顆粒狀的污染物質粘附去除的氣浮法;利用反滲透膜將污染物截留的反滲透法等。主要處理設施包括格柵、沉砂池、沉淀池、氣浮池等。
(2)化學處理法
利用化學反應作用來分離、回收污水中的污染物。
主要有：混凝法(通過向水中投加帶有與膠體狀污染物質相反電荷的電解質(混凝劑)改變膠體顆粒穩定性從而使其凝聚沉淀去除)、中和法(通過向酸性廢水中投加堿性物質或向堿性廢水中投加酸性物質改變污水PH值)、氧化還原法(向廢水中投加氧化劑或還原劑通過氧化還原作用使污染物質轉變為無害的物質，主要用于處理含酚、氰廢水和含鉻、含汞廢水)、電解法(在污水中插入電，在陽相陰分別發生氧化還原反應，主要用于處理含鉻和含氰污水)、吸附法(通過團體吸附劑將污水中的溶解性有機或無機污染物吸附)、電滲析法(通過由陰、陽離子交換膜組成的電滲析器使污水中的陰、陽離子得到分離)、汽提法、吹脫法、牟取法等。
(3)物理化學法
利用物理化學作用去除廢水中的污染物質。物理化學法主要有吸附法、離子交換法、膜分離法、萃取法、氣提法和吹脫法等。
(4)生物處理法
利用微生物的新陳代謝功能使污水中呈溶解和膠體狀態的有機污染物被溶解并轉化為無害的物質，包括好氧和厭氧生物處理兩種方式。其中，好氧生物處理對COD的去除效果較好。好氧生物處理法主要分為活性污泥法和生物膜法。這兩種方法中活性污泥法、氧化溝、SBR、A2/O、曝氣生物濾池、生物接觸氧化、生物流化床幾種工藝在國內外應用的較廣泛。
