废水处理是指生活废水和生产废水在排入水体之前进行处理，最终达到排放标准。废水处理的范围包括:通过技术改造减少废水的种类和数量；通过适当的处理工艺降低废水中有毒有害物质的含量和浓度，直至达到排放标准；处理后废水的回收和再利用等。

废水的性质非常复杂，通常需要将几个单元处理操作结合成一个完整的处理过程。只有合理配置其主次关系和前后位置，才能有效地实现经济目标。这种机组处理作业的合理配置统称为废水处理系统。在讨论废水处理程度时，处理程度通常用等级来表示。污水处理根据处理程度可分为一级处理、二级处理和三级处理(深度处理)。

一级处理主要通过物理作用去除水中的大颗粒悬浮物，主要包括:粗格栅-细格栅-沉砂池-一级沉淀池。粗格栅主要拦截大粒径的悬浮颗粒，以防止后续结构堵塞，并降低一定的处理负荷。细网格与粗网格相似，只是过滤级别更细。沉砂池主要去除水中的沙粒，以减少后续设备的磨损。此外，有时沙粒会附着大量有机物。沉砂池通常采用提升沉砂池的方式，通过曝气去除沙粒和有机物。一沉池主要用于去除污水中可沉淀的悬浮物。经过初沉池后，水中有机物可去除约30%-40%。

二级处理主要对一级处理后的污水进行生化处理，包括生物反应池和二级沉淀池。

生物反应池因所采用的工艺而异，但其主要功能是将水中的有机物转化为二氧化碳、水、氮或通过生化作用被生物体吸收成可沉淀的污泥。二沉池主要是在完成生化反应去除污染物后沉积活性生物污泥。经二次处理，污染物清除达80%-90%左右。

三级处理，也叫深度处理，主要用于污水的循环利用，即污水的处理和回用。回收标准不同采用的深度处理技术也不同，一般技术包括凝集过滤消毒，这一过程基本上与给水处理技术类似。

污水处理的设置水平是根据排放标准和回收标准决定的，但是一般的城市污水处理厂不能只进行一次处理。 由于一次处理后的污水基本上不能达到污水排放标准，沿海城市的某些污水处理厂在初期建设中采用了低标准的深海排放标准，但现在已经基本改造。此外，由于水资源短缺，现在许多城市污水处理厂的建设都考虑污水回用，也就是说，一些新建的污水处理厂已经进行了深度处理，这一趋势正在逐步加强。