Prije odlaganja otpadnih voda koriste se različite metode obrade otpadnih voda. Cilj je spriječiti kontaminaciju bilo koje vode u rekreacijskim područjima ili u zalihama vode nakon što se pročišćena otpadna voda ispusti. Većinu vremena, otpadna voda se pročišćava tijekom kontinuiranog protočnog procesa bilo kemijskim tretmanom otpadnih voda ili fizičkim ili biološkim metodama. Ove metode i različite faze obrade javljaju se u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, objektima dizajniranim za rukovanje velikim količinama vode i sigurno odlaganje otpadnih spojeva.
Proces fizičke obrade otpadnih voda ne dodaje nikakve kemijske komponente ili biološki materijal za pročišćavanje vode. Voda se može filtrirati kako bi se filtrirali veliki predmeti. Može se liječiti i taloženjem, tijekom koje se krute tvari pod utjecajem gravitacije talože na dno. Voda koja ne sadrži krute tvari tada se može ukloniti. Ostali fizikalni procesi uključuju dodavanje zraka kako bi se osigurao kisik unutar otpadne vode, a voda se također može proći kroz filter kako bi se riješili čvrstih materijala.
Drugi način pročišćavanja otpadnih voda je korištenje kemikalija kao što je klor, koji ubija bakterije, kao i ozon. Ove kemikalije služe za oksidaciju vode, ubijanje svih patogena i usporavanje ritma razgradnje. U smjesu se također može dodati kiselina ili baza kako bi se neutralizirao pH otpadne vode, dok kemikalije za koagulaciju reagiraju s materijalima u vodi kako bi se lakše uklonili. Kemijske i fizikalne metode često se kombiniraju u procesu pročišćavanja otpadnih voda, primjerice kada se aktivni ugljen koristi za uklanjanje organskih tvari.
Bakterijski i drugi mikroorganizmi mogu se koristiti u biološkom pročišćavanju otpadnih voda. Oni razgrađuju druge biološke materijale u otpadnoj vodi i, ovisno o razini kisika u vodi, mogu se provesti aerobne ili anaerobne metode pročišćavanja otpadnih voda. Organske i anorganske krutine također se mogu ukloniti kao mulj za obradu otpadnih voda.
Svaki proces pročišćavanja otpadnih voda ima svoju svrhu, a koriste se različiti procesi ovisno o stupnju pročišćavanja. Fizikalni procesi se često koriste u preliminarnoj obradi, koja uključuje korištenje uređaja za prosijavanje, rezanje i usitnjavanje. Primarni tretman uključuje fizikalne i kemijske procese, a više ovisi o velikim spremnicima. Biološka pročišćavanje otpadnih voda obično je metoda koja se koristi za sekundarnu obradu, a fizičke metode ili kemikalije koriste se u naprednijim fazama procesa pročišćavanja otpadnih voda. Otpadne vode obično se pročišćavaju u više faza koje kombiniraju različite fizikalne, kemijske i biološke metode.