汚水を処理する方法は多く、一般的には4つの大類、すなわち生物処理法、物理処理法、化学処理法及び自然処理法にまとめることができる。

1、生物処理法

微生物の代謝作用により、廃水中に溶液、コロイド及び微細懸濁状態を呈する有機汚染物を安定、無害な物質に転化する廃水処理法。作用微生物によって、生物処理法は好気生物処理と嫌気生物処理の2種類に分けることができる。廃水生物処理に広く使われているのは好気生物処理法であり、その技術方式の違いによって、好気生物処理法はまた活性汚泥法と生物膜法の2種類に分けられる。活性汚泥法自体は処理ユニットであり、多様な運転方式がある。バイオフィルム法の処理設備としては、バイオフィルタプール、バイオターンテーブル、バイオコンタクト酸化池及びバイオ流動床等がある。生物酸化池法は自然生物処理法とも呼ばれる。嫌気性生物処理法、別名生物還元処理法であり、主に高濃度有機廃水と汚泥の処理に用いられる。

2、物理処理法
廃水に溶解しない懸濁状態の汚染物（油膜と油ビーズを含む）を物理的作用により分離、回収する方法は、重力分離法、遠心分離法、篩濾過留置法などに分けることができる。重力分離法に属する処理ユニットには沈殿、浮上（エア浮上）などがあり、それに対応して使用される処理設備は沈殿池、沈殿池、油隔離池、エア浮上池及びその付属装置などである、遠心分離法自体は処理ユニットであり、使用される処理装置は遠心分離機や水スピン分離器など、ふるい止め法にはゲートふるい止めとフィルタの2種類の処理ユニットがあり、前者はグリル、ふるい網を使用し、後者は砂フィルタプールと微孔フィルタなどを使用している。熱交換原理に基づく処理方法も物理処理法に属し、その処理ユニットは蒸発、結晶などがある。

3、化学処理法
化学反応と物質移動作用により廃水中の溶解、コロイド状態の汚染物を分離、除去したり、無害物質に変換したりする廃水処理法。化学処理法において、薬剤を投与して化学反応を発生させることを基礎とする処理ユニットは：凝縮、中和、酸化還元など、物質移動作用を基礎とする処理ユニットには、抽出、ストリッピング、吹き出し、吸着、イオン交換及び電気透析と逆浸透などがある。後の2つの処理ユニットは膜分離技術とも呼ばれている。その中で物質移動作用を用いた処理ユニットは化学作用を持ち、それに関連する物理作用もあるので、化学処理法から分けることもでき、別の処理方法となり、物理化学法と呼ばれる。

4.自然処理法
自然（天然水体、土壌など）を利用して汚水を自己浄化する原理を発揮する。土地処理システムと水生植物処理システムを含む。よく見られるのは生物池、土壌処理法、人工湿地処理法などである。酸化池は天然または人工的に作られた池を利用して汚水生物処理を行う。汚水は池内に長く留まるが、水中の微生物は有機汚染物を代謝分解することができ、溶存酸素は藻類の光合成と池面の酸素回復作用によって実現し、水体中の有機汚染物を大幅に低減することができ、そしてある程度水中の窒素とリンを除去し、水体富栄養化を軽減することができる。