Pročišćavanje otpadnih voda odnosi se na proces uklanjanja mikroorganizama i drugih vrsta onečišćenja iz otpadnih voda. U razvijenijim zemljama većina kućnog otpada skuplja se u kanalizacijski sustav i cjevovodima šalje u centralno postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda. U tim se postrojenjima pročišćavanje otpadnih voda obavlja u višestepenom procesu koji uklanja ili mijenja različite vrste materijala u fazama, tako da se krajnji proizvod, odnosno otpadna voda, može sigurno vratiti u okoliš.
Sva stanovanja, poduzeća, bolnice i drugi objekti koji koriste vodu proizvode otpadne vode u obliku kanalizacije. Kanalizacija je zajednički naziv za vodu koja se odvodi iz WC-a, umivaonika, tuševa i tekućeg industrijskog otpada. Tipičan proces pročišćavanja otpadnih voda uključuje prethodnu obradu, kao i primarnu, sekundarnu i tercijarnu fazu pročišćavanja.
Predobrada uključuje proces uklanjanja velikih predmeta iz kanalizacije kako bi se izbjeglo začepljenje ili oštećenje opreme dalje u procesu obrade. Predmeti kao što su štapići, krpe, proizvodi za žensku higijenu, pa čak i voće, uklanjaju se mehaničkim postupkom probira, a zatim se obično spaljuju ili šalju na odlagalište otpada. Pijesak i kamenje, koji se zajednički nazivaju pijeskom, smiju se taložiti u spremniku, gdje se ubacuju u uređaj koji ih skuplja, nakon čega se također šalju na odlagalište otpada.
Primarni tretman djeluje na približno istom principu kao i procesi prethodnog tretmana i probira. Njegova glavna svrha je omogućiti česticama da se talože u spremnicima, u “mulj” koji se skuplja i prerađuje negdje drugdje. Mast i ulja se također odvajaju u ovoj fazi, jer su lakši od vode i isplivat će na vrh kako bi se skinuli. To omogućuje da se otpadna voda nakon ove faze tretira kao cjelina, budući da je homogenija.
Svrha sekundarne obrade otpadnih voda je razgraditi biološke tvari koje su prisutne u kanalizaciji iz izvora poput ljudskog otpada i deterdženata. To se postiže temeljitim različitim srodnim tehnikama, od kojih sve koriste bakterije i druge korisne mikroorganizme za razgradnju otopljenih bioloških kontaminanata. Ovi organizmi također pomažu drugim spojevima i materijalima da se talože iz kanalizacije.
Kako bi se dodatno povećala kvaliteta otpadnih voda prije nego što se ispuste, mnoga postrojenja za pročišćavanje koriste tercijarni tretman. Daljnja filtracija i uklanjanje dušika i fosfora čine ovaj korak. Tercijarni tretman često uključuje dezinfekciju, osobito u razvijenim zemljama. To se obično postiže ili kloriranjem ili obradom vode ozonom ili ultraljubičastim svjetlom, a sve to ima učinak eliminacije štetnih bakterija i drugih organizama prije nego što se voda vrati u okoliš kroz rijeku, ocean ili drugi put.