水處理的方式包括物理處理和化學處理。
人類進行水處理的方式已經有相當多年歷史，物理方法包括利用各種孔徑大小不同的濾材，利用吸附或阻隔方式，將水中的雜質排除在外，吸附方式中較重要者為以活性炭進行吸附，阻隔方法則是將水通過濾材，讓體積較大的雜質無法通過，進而獲得較為干凈的水。另外，物理方法也包括沉淀法，就是讓比重較小的雜質浮于水面撈出，或是比重較大的雜質沉淀于下，進而取得。化學方法則是利用各種化學藥品將水中雜質轉化為對人體傷害較小的物質，或是將雜質集中，歷史zui久的化學處理方法應該可以算是用明礬加入水中，水中雜質集合后，體積變大，便可用過濾法，將雜質去除。
隨著人類生活不斷提高水體富營養化氨氮、磷等營養鹽問題和國家環保局對污水排放標準一步步提高，沿用了許多年傳統的“一級處理"及“二級處理"水處理工藝技術和設備，已經難以適應當今的高濁度和高濃度污水的處理要求，而且處理工藝流程長，系統龐大，而且還散發大量臭氣。運營者要想達到排放標準，需要從新再投入高額的資金擴建原有污水處理系統，加大占地面積使用和高額的污水處理設備及高額后期維護費用，然而，傳統的污水深度處理再生回用技術系統(如活性炭過濾、微孔過濾、滲透膜凈化等技術系統)投資高、后期維護運行費用高，太多的運營者難以承受。
簡單講，“水處理"就是通過物理、化學、生物的手段，去除水中一些對生產、生活不需要的有害物質的過程。是為了適用于特定的用途而對水進行的沉降、過濾、混凝、絮凝，以及緩蝕、阻垢等水質調理的過程。由于社會生產、生活與水密切相關。因此，水處理領域涉及的應用范圍十分廣泛，構成了一個龐大的產業應用。
水處理包括：污水處理和飲用水處理兩種，有些地方還把污水處理再分為兩種，即污水處理和中水回用兩種。經常用到的水處理藥劑有：聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、堿式氯化鋁，聚丙烯酰胺，活性炭及各種濾料等。
水處理的效果可以通過水質標準衡量。
為達到成品水（生活用水、生產用水或可排放廢水）的水質要求而對原料水（原水）的加工過程。
加工原水為生活或工業的用水時，稱為給水處理；
加工廢水時，則稱廢水處理。廢水處理的目的是為廢水的排放（排入水體或土地）或再次使用（見廢水處置、廢水再用）。
在循環用水系統以及水的再生處理中，原水是廢水，成品水是用水，加工過程兼具給水處理和廢水處理的性質。水處理還包括對處理過程中所產生的廢水和污泥的處理及zui終處置（見污泥處理和處置），有時還有廢氣的處理和排放問題。水的處理方法可以概括為三種方式：①zui常用的是通過去除原水中部分或全部雜質來獲得所需要的水質；②通過在原水中添加新的成分，通過物理或化學反應后來獲得所需要的水質；③對原水的加工不涉及去除雜質或添加新成分的問題。
水中雜質和處理方法
水中雜質包括挾帶的粗大物質、懸浮物、膠體和溶解物。粗大的物質如河中漂浮的水草、垃圾、大型水生物、廢水中的砂礫以及大塊污物等。給水工程中，粗大雜質由取水構筑物的設施去除，不列入水處理的范圍。
廢水處理中，去除粗大的雜質一般屬于水的預處理部分。懸浮物和膠體包括泥沙、藻類、細菌、病毒以及水中原有的和在水處理過程中所產生的不溶解物質等。溶解物有無機鹽類、有機化合物和氣體。去除水中雜質的處理方法很多，主要方法的適用范圍可以大致按雜質的粒度來劃分。由于原水所含的雜質和成品水可允許的雜質在種類和濃度上差別很大，水處理過程差別也很大。
就生活用水（或城鎮公共給水）而論，取自高質量水源（井水或防護良好的給水水庫）的原水，只需消毒即為成品水；取自一般河流或湖泊的原水，先要去除泥沙等致濁雜質，然后消毒；污染較嚴重的原水，還需去除有機物等污染物；含有鐵、錳的原水（例如某些井水），需要去除鐵、錳。生活用水可以滿足一般工業用水的水質要求，但工業用水有時需要進一步的加工，如進行軟化、除鹽等。
當廢水的排放或再用的水質要求較低時，只需用篩除和沉淀等方法去除粗大雜質和懸浮物（常稱一級處理）；當要求去除有機物時，一般在一級處理后采用生物處理法（常稱二級處理）和消毒；對經過生物處理后的廢水，所進行的處理過程統稱三級處理或深度處理，如當廢水排入的水體需要防止富營養化所進行的去除氮、磷過程即屬于三級處理（見水的物理化學處理法）。當廢水作為水源時，成品水水質要求以及相應的加工流程隨其用途而定。理論上，現代的水處理技術，可以從任何劣質水制取任何高質量的成品水。
采用合理的水處理工藝，配合水的深度處理，處理水可達到GB5084-1992、CECS61-94中水回收用水標準等，可以長時間循環使用，節約大量水資源。
