现代污水处理技术按处理程度分为一级、二级和三级处理技术。污水的初级处理采用物理方法，如筛网过滤和沉淀，以去除污水中不溶的悬浮固体和漂浮物质。污水的二次处理主要采用生物处理方法，即通过微生物代谢进行物质转化的过程，将污水中的各种复杂有机物氧化降解为简单物质。生物处理对污水质量、水温、水中溶解氧、酸碱度等有一定的要求。污水的三级处理以一级和二级处理为基础，采用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理和化学方法。去除污水中不溶性有机物、磷、氮等营养物质。污水中污染物的组成非常复杂，为了满足处理要求，往往需要这些方法的组合。

污水的一级处理是预处理，二级处理是主体。处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理，出水水质较好，甚至达到饮用水水质标准。但是，处理成本很高，除了在一些极度缺水的国家和地区，很少使用。目前，我国许多城市正在规划和扩建二级污水处理厂，以解决日益严重的水污染问题。

分离、回收因物理作用而不溶于废水中的浮游状态污染物(包括油膜和油球)的废水处理法可分为重力分离法、离心分离法、筛滤捕集法等。以热交换器基本原理为基本的解决法也归属于物理学解决法。

通过化学反应和传递作用分离除去废水中的溶解胶体状态的污染物，转化为无害物质的废水处理法。在化学处理法中，基于给药化学反应的处理单元为凝集、中和、氧化还原等，基于传递作用的处理单元为提取、脱胶、吹脱、吸附、离子交换及电透析和反渗透等.后两个处理单元也被称为膜分离技术。其中，采用传质的处理单元既有化学作用又有与之相关的物理作用，因此也可以从化学处理方法中分离出来，成为另一种处理方法，称为物理化学方法。

通过微生物的代谢，废水中的有机污染物以溶液、胶体和细悬浮液的形式转化为稳定无害的物质。根据微生物的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理广泛应用于废水生物处理。传统上，好氧生物处理分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥法自身就是说这种处理单元，它有多种多样运作方法。生物膜法处理设备包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池、生物流化床等。生物氧化塘法也称为自然生物处理法。厌氧生物处理法又称生物还原处理法，主要用于高浓度有机废水和污泥的处理。使用的处理设备主要为消化池。

生物接触氧化法用于处理废水，即生物接触氧化法用填料填充生物反应池，含氧废水浸没所有填料，并以一定的流速流过填料。填充物充满生物膜，污水与生物膜广泛接触，通过生物膜上微生物的新陈代谢去除污水中的有机污染物，净化污水。最后，处理后的废水排放到生物接触氧化处理系统，与生活污水混合处理，氯消毒后排放。生物接触氧化法是活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法。其特征在于:在池内设置填料，池底部曝气充氧污水，使池内污水处于流动状态，保证污水与浸没在污水中的填料充分接触，避免污水与生物接触氧化池内填料接触不均匀的缺陷。这种曝气装置叫做鼓风曝气。