วิธีการบำบัดน้ำเสียหลายวิธีถูกนำมาใช้ก่อนที่จะกำจัดน้ำเสีย เป้าหมายคือเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของน้ำใด ๆ ในพื้นที่พักผ่อนหย่อนใจหรือในน้ำประปาเมื่อน้ำเสียที่ได้รับการบำบัดจะถูกปล่อยออกมา ส่วนใหญ่แล้วน้ำเสียจะได้รับการบำบัดในระหว่างกระบวนการไหลต่อเนื่องไม่ว่าจะโดยการบำบัดน้ำเสียทางเคมีหรือโดยวิธีทางกายภาพหรือชีวภาพ วิธีการเหล่านี้และขั้นตอนการบำบัดที่แตกต่างกันเกิดขึ้นที่โรงบำบัดน้ำเสียสิ่งอำนวยความสะดวกที่ออกแบบมาเพื่อจัดการกับน้ำปริมาณมากและกำจัดของเสียอย่างปลอดภัย
กระบวนการบำบัดน้ำเสียทางกายภาพไม่ได้เพิ่มส่วนประกอบทางเคมีหรือวัสดุชีวภาพเพื่อบำบัดน้ำ สามารถกรองน้ำเพื่อกรองวัตถุขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังสามารถบำบัดด้วยวิธีการตกตะกอนในระหว่างที่ของแข็งตกลงไปที่ด้านล่างภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง จากนั้นน้ำที่ปราศจากของแข็งสามารถนำออกได้ กระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ รวมถึงการเติมอากาศเพื่อให้ออกซิเจนภายในน้ำเสียและน้ำสามารถผ่านตัวกรองเพื่อกำจัดวัสดุที่เป็นของแข็ง
อีกวิธีหนึ่งในการบำบัดน้ำเสียคือการใช้สารเคมีเช่นคลอรีนซึ่งฆ่าแบคทีเรียเช่นเดียวกับโอโซน สารเคมีเหล่านี้ทำหน้าที่ในการออกซิไดซ์น้ำฆ่าเชื้อโรคใด ๆ และชะลอการสลายตัว นอกจากนี้ยังสามารถเติมกรดหรือเบสลงในส่วนผสมเพื่อทำให้ pH ของน้ำเสียเป็นกลางในขณะที่สารเคมีจับตัวทำปฏิกิริยากับวัสดุในน้ำเพื่อให้ง่ายต่อการกำจัด มักใช้วิธีทางเคมีและกายภาพร่วมกันในกระบวนการบำบัดน้ำเสียเช่นเมื่อใช้ถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดสารอินทรีย์
แบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่น ๆ สามารถใช้ในการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ สิ่งเหล่านี้สลายตัววัสดุชีวภาพอื่น ๆ ในน้ำเสียและขึ้นอยู่กับระดับออกซิเจนในน้ำวิธีการบำบัดน้ำเสียแบบแอโรบิกหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถทำได้ ของแข็งอินทรีย์และอนินทรีย์ยังสามารถกำจัดออกได้ในรูปของกากตะกอนบำบัดน้ำเสีย
กระบวนการบำบัดน้ำเสียแต่ละแห่งมีจุดประสงค์และกระบวนการต่าง ๆ จะใช้ขึ้นอยู่กับขั้นตอนของการบำบัด กระบวนการทางกายภาพมักจะใช้ในการรักษาเบื้องต้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้อุปกรณ์การคัดกรองการตัดและการทำลาย การรักษาเบื้องต้นประกอบด้วยกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีและขึ้นกับถังขนาดใหญ่มากขึ้น การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพเป็นวิธีที่ใช้สำหรับการบำบัดขั้นที่สองและวิธีการทางกายภาพหรือสารเคมีถูกนำมาใช้ในขั้นตอนที่สูงขึ้นของกระบวนการบำบัดน้ำเสีย มักจะบำบัดน้ำเสียในหลายขั้นตอนซึ่งรวมถึงวิธีการทางกายภาพเคมีและชีวภาพที่หลากหลาย
