廢水處理系統的選擇取決于廢水的性質，成分，污染物狀態和水質。一般而言，廢水處理系統可分為物理方法，化學方法和生物方法。廢水中的污染物通過物理過程進行處理，分解和接收。例如，當在水中接受相對密度大于1的懸浮顆粒時，采用沉淀法。浮選法（或氣浮法）可以去除相對密度接近1的乳化油滴或懸浮物。過濾方法可以去除水中的懸浮顆粒；蒸發方法乙二醇用于濃縮廢水等非揮發性可溶物質。

可溶性廢物或膠體物質可以通過化學或物理化學反應接受，例如中和酸性或堿性廢水；通過在兩個階段中“分配”各種燒蝕性可溶性廢物的過程，進行萃取以接受酚和重金屬；氧化還原可去除還原或氧化的廢水中的活性污染物以及天然水中的病原體。

生物方法：控制微生物的生化作用以處理廢水中的有機物。例如，生物過濾和活性污泥法用于處理生活污水或有機生產廢水，并將有機物轉化為無機鹽并對其進行純化。