現代的廢水處理方法主要分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。
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。屬於重力分離法的處理單元有：沉澱、上浮（氣浮）等，相應使用的處理設備是沉砂池、沉澱池、隔油池、氣浮池及其附屬裝置等。離心分離法本身就是一種處理單元，使用的處理裝置有離離心分離機和水旋分離器等。篩濾截留法有柵篩截留和過濾兩種處理單元，前者使用的處理設備是格柵、篩網，而後者使用的是砂濾池和微孔濾機等。以熱交換原理為基礎的處理法也屬於物理處理法，其處理單元有蒸發、結晶等。
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。後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。
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。屬於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最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，主要用於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。
廢水中的污染物是多種多樣的，不可能指望用一種處理單元就把所有的污染物去盡，往往需要通過由幾種方法和幾個處理單元組成的處理系統處理後，才能達到要求。
廢水處理的分級 按處理程度，廢水處理（主要是城市生活污水和某些工業廢水）一般可分為三級。
一級處理的任務是從廢水中去除呈懸浮狀態的固體污染物。為此，多采用物理處理法中的各種處理單元。一般經過一級處理後，懸浮固體的去除率為70～80％，而生化需氧量(BOD)的去除率隻有25～40％左右，廢水的凈化程度不高。
二級處理的任務是大幅度地去除廢水中的有機污染物，以BOD為例，一般通過二級處理後，廢水中的BOD可去除80～90％，如城市污水處理後水中的BOD含量可低於30毫克／升。需氧生物處理法的各種處理單元大多能夠達到這種要求。
三級處理的任務是進一步去除二級處理未能去除的污染物，其中包括微生物未能降解的有機物、磷、氮和可溶性無機物。
三級處理是高級處理的同義語，但兩者又不完全一致。三級處理是經二級處理後，為瞭從廢水中去除某種特定的污染物，如磷、氮等，而補充增加的一項或幾項處理單元；至於高級處理則往往是以廢水回收、復用為目的，在二級處理後所增設的處理單元或系統。三級處理耗資較大，管理也較復雜，但能充分利用水資源。目前有少數國傢建成瞭一些污水三級處理廠。
參考書目
R.S.Ramalho，Introduction to Wastewater Treatment Processes，Academic Press，New York，1977.
E.D.Shroeder， Water and Wastewater Treatment，McGraw-Hill，New York，1977.