利用強氧化劑氧化分解廢水中污染物以淨化廢水的一種化學處理方法。強氧化劑能把廢水中的有機物逐步降解成為簡單的無機物，也能把溶解於水中的污染物氧化為不溶於水、而易於從水中分離的物質。
氧化處理法幾乎可以處理一切工業廢水，特別適用於處理廢水中難以生物降解的有機物，如絕大部分農藥和殺蟲劑，酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物質，如丹寧、木質素等。
選擇氧化劑時應考慮到：①對廢水中特定的污染物有良良好的氧化作用；②反應後的生成物應是無害的或易於從廢水中分離的；③價格便宜，來源方便；④在常溫下反應速度較快；⑤反應時不需要大幅度調節pH值等。常用的氧化劑有氯類和氧類。氯類氧化劑有氣態氯、液氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣、二氧化氯等。氧類氧化劑有空氣中的氧、臭氧、過氧化氫和高錳酸鉀等。
氯類氧化劑處理法 簡稱氯化法，已有100多年應用歷史，起初用漂白粉（次氯酸鈣）去臭味，後來用氯消毒。1909年前後，液氯成為商品，用氯處理廢水得到瞭迅速發展。1928～1933年，牛奶加工、罐頭食品、肉類加工、毛紡等工業先後開始用氯處理廢水，以消除臭味，降低BOD（生化需氧量）、色度，促進絮凝。1942年開始用氯氧化破壞廢水中的氰化物，並發展成為處理電鍍工業廢水最通用的方法。含酚廢水的氯化處理法於1950年開始用於生產。
應用氯化處理法時，液氯或氣態氯加入水中，迅速發生水解反應而生成次氯酸(HOCl)，次氯酸在水中電離為次氯酸根離子(OCl-)。次氯酸、次氯酸根離子都是較強的氧化劑。分子態次氯酸的氧化性能比離子態次氯酸根離子更強。次氯酸的電離度隨pH值的增加而增加，當pH值小於2時，水中的氯以分子態存在；pH值為3～6時，以次氯酸為主；pH值大於7.5時，以次氯酸根離子為主；pH值大於9.5時，全部為次氯酸根離子。因此，在理論上氯化法在pH值為中性偏低的水溶液中最有效。
用各種次氯酸鹽作氧化劑都是利用它在水溶液中電離和水解形成的次氯酸離子和次氯酸的氧化性能。
氯化法處理含氰廢水是廢水處理中一個實用的典型例子。由於氰基是以共價鍵相結合，結合鍵能高達225千卡／摩爾，所以不易分解，因而常利用強氧化法促使其分解破壞。在實際應用中，一般是采用堿性氯化法。使用液氯或氯氣時其基本離子反應式如下：
局部氧化：
CN-+HOCl─→CNCl+OH- (1)
CNCl+2OH-─→CNO-+Cl-+H2O (2)
完全氧化：
2CNO-+3OCl-+H2O─→
2CO2+N2+3Cl-+2OH- (3)
反應（1）在任何pH值的條件下發生，並且幾乎是瞬時的。為瞭使有毒的氯化氰(CNCl)能及時按反應 (2)轉變成氰酸鹽，需要將廢水的pH值調整到10.5以上，在這種條件下反應可在幾分鐘內完成。雖然在局部氧化階段形成的氰酸鹽的毒性僅為原來氰化物的千分之一，但是，通常還要進一步按反應 (3)將氰酸鹽氧化分解為氮和二氧化碳，若保持廢水pH值為7.5～8.0，則完成完全氧化反應約需要10～15分鐘。
氯化法也廣泛用於處理含酚廢水，但由於氯的消耗量很大，並容易形成氯酚，釋放出強烈的臭味，所以不是完善的處理方法。在低pH值的條件下，酚不能全部破壞，更易形成氯酚。為此，氯化前必須用石灰調整pH值，使氯化後的水的pH值為7～10。
氯在許多種工業廢水處理中不僅是氧化劑，而且能影響膠體微粒的電荷，促進絮凝作用，提高顆粒沉淀和油類漂浮的效率。羊毛漂洗廢水用氯化法處理可以破壞廢水中的乳化劑，使懸浮固體和乳化的脂肪酸沉淀。經氯化預處理後，羊毛油脂乳化液被迅速分離，可去除80～90％的BOD，95％的懸浮固體和油脂。這種方法投氯量大，費用較高，但可回收70％的油脂。
工業廢水中如含有大量的氨或蛋白質、氨基酸等有機氮化合物，用氯化法處理會形成氯胺或相應的有機衍生物，使氯的消耗量很大。這樣，氯化法就不經濟瞭。
在城市污水處理中，常常用少量的氯對污水進行預氯化。對污水處理廠的出水進行後氯化。預氯化可防止沉淀池和其他處理設備腐蝕，促進絮凝和沉淀，抑制采用活性污泥法處理污水過程中的絲狀菌和真菌的繁殖，避免污泥膨脹，並可阻止硫化氫的形成，控制整個處理廠的臭味。此外，還可防止在消化池中形成酸和泡沫，從而有助於污泥消化。後氯化可以殺菌和減少BOD。這種處理對工業廢水往往也起作用。
二氧化氯(ClO2)是亞氯酸鈉和氯氣或鹽酸反應的產物。
2NaClO2+Cl2─→2ClO2+2NaCl
5NaClO2+4HCl─→4ClO2+5NaCl+2H2O為使反應完全，鹽酸和氯氣的用量必須分別超過理論值的2.5倍和1.0～1.5倍。二氧化氯在酸性溶液中氧化能力超過氯氣，它與氯氣相比，能在較寬的pH值范圍內快速反應，對殺滅芽孢最為有效，適宜處理醫院污水；廢水中如含有酚和含氮化合物，不會形成氯酚、氯胺和其他衍生物。二氧化氯在水中保持殘留量的時間比氯短，比臭氧長。它對酚有很強的氧化降解能力，可用於處理含酚廢水。
應用二氧化氯必須註意安全，謹防爆炸事故。它在空氣中的含量超過10％，就有爆炸危險。在配制時，原液濃度不宜過高，切忌使兩種較濃的原液直接混和反應。
氧類氧化劑處理法 空氣中的氧(O2)是最廉價的氧化劑，但隻能氧化易於氧化的污染物，如硫化物。空氣氧化法脫硫已得到廣泛應用。煉油廠含硫廢水中的含硫量在1000～2000毫克／升以下、無回收價值時，利用空氣氧化，可使硫化物氧化為無毒的硫代硫酸鹽或硫酸鹽。
過氧化氫(H2O2)是一種穩定的、具有強氧化能力的氧化劑。過氧化氫適合於處理多種含有毒和有氣味化合物的廢水，以及含硫化物、氰化物、苯酚等的廢水。過氧化氫又可用來增加溶解氧濃度，從而避免廢水中的硫酸鹽還原為硫化物。過氧化氫的輕微滅菌性能還可以有選擇性地殺滅某些引起活性污泥膨脹的微生物，而對活性污泥法中正常的生物不產生有害影響。過氧化氫性能穩定，通常可放置數年，濃度不會顯著下降。某些國傢已將應用這種氧化劑列為處理多種廢水的可供選擇的方案之一。
臭氧(O3)是一種強氧化劑，對各種有機基團都有較強的氧化能力。它的氧化反應迅速，常可瞬時完成。但由於O3不穩定，須現制現用，成本較高（見廢水臭氧氧化處理法）。
高錳酸鉀(KMnO4)也是一種強氧化劑。它在氧化反應的過程中，本身被還原為二氧化錳(MnO2)或水合氧化錳[MnO(OH)2]沉淀下來。如果廢水中含有二價錳也會被氧化成二氧化錳或水合氧化錳沉淀下來。沉淀物構成凝絮，引起膠體物質的沉淀。通過氧化、沉淀以及形成水合氧化錳的離子交換等多種作用，能有效地去除鐵、錳和某些有機污染物以及放射性廢水中的鐳、鍶等多種放射性離子。在處理含錳廢水時，水合氧化錳又進一步通過離子交換作用使二價錳形成的三氧化二錳，可用高錳酸鉀稀溶液再生，將它重新氧化成水合氧化錳。高錳酸鉀易於溶解，性能穩定，可以幹式或濕式投加，設備簡單，裝置費用較低，溶解時無氣味，不形成有毒氣體，對鋼鐵無腐蝕性，因而在給水中的應用相當廣泛，但價格較貴。