污水处理的基本方法，就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用或将其转化为无害物质，使水得到净化。
现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类。
物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。方法有：筛滤法、沉淀法、上浮法、气浮法、过滤法和反渗透法等。
化学处理法：利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附、离子交换和电渗析。化学处理法多用于处理生产污水。
生物化学处理法：是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法（好氧氧化法）和利用厌氧微生物作用的厌氧法（厌氧还原法）。前者广泛用于处理城市污水及有机性生产污水，其中有活性污泥法和生物膜法两种；后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥，现在也开始用于处理城市污水与低浓度有机污水。
城市污水与生产污水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种方法组合，才能处理不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的与排放标准。
现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。
一级处理：要求去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理后的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。
二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机物质（即BOD、COD物质），去除率可达90%以上，可使有机污染物达到排放标准。
三级处理：是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱磷除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗析法等。三级处理是深度处理的同义语，但两者又不相同，三级处理常用于二级处理之后。而深度处理则以污水回收、再用为目的，在一级或二级处理后增加的处理工艺。
污泥是污水处理过程中的产物。城市污水处理产生的污泥含有大量的有机物，富有肥分，可以作为农肥使用，但又含有大量细菌、寄生虫卵以及从生产污水中带来的重金属离子等，需要作稳定与无害化处理。污泥处理的主要方法是减量处理（如浓缩、脱水等），稳定处理（如厌氧消化法、好氧消化法等），综合利用（如消化气利用、污泥农业利用等），终处置（如干燥焚烧、填地投海、建筑材料等）。
