廢水處理是指生活廢水和生產廢水在排入水體之前進行處理，最終達到排放標準。廢水處理的范圍包括:通過技術改造減少廢水的種類和數量;通過適當的處理工藝降低廢水中有毒有害物質的含量和濃度，直至達到排放標準;處理后廢水的回收和再利用等。
廢水的性質非常復雜，通常需要將幾個單元處理操作結合成一個完整的處理過程。只有合理配置其主次關系和前后位置，才能有效地實現經濟目標。這種機組處理作業的合理配置統稱為廢水處理系統。在討論廢水處理程度時，處理程度通常用等級來表示。污水處理根據處理程度可分為一級處理、二級處理和三級處理(深度處理)。
一級處理主要通過物理作用去除水中的大顆粒懸浮物，主要包括:粗格柵-細格柵-沉砂池-一級沉淀池。粗格柵主要攔截大粒徑的懸浮顆粒，以防止后續結構堵塞，并降低一定的處理負荷。細網格與粗網格相似，只是過濾級別更細。沉砂池主要去除水中的沙粒，以減少后續設備的磨損。此外，有時沙粒會附著大量有機物。沉砂池通常采用提升沉砂池的方式，通過曝氣去除沙粒和有機物。一沉池主要用于去除污水中可沉淀的懸浮物。經過初沉池后，水中有機物可去除約30%-40%。
二級處理主要對一級處理后的污水進行生化處理，包括生物反應池和二級沉淀池。
生物反應池因所采用的工藝而異，但其主要功能是將水中的有機物轉化為二氧化碳、水、氮或通過生化作用被生物體吸收成可沉淀的污泥。二沉池主要是在完成生化反應去除污染物后沉積活性生物污泥。經二次處理，污染物清除達80%-90%左右。
三級處理，也叫深度處理，主要用于污水的循環利用，即污水的處理和回用?；厥諛藴什煌捎玫纳疃忍幚砑夹g也不同，一般技術包括凝集過濾消毒，這一過程基本上與給水處理技術類似。
污水處理的設置水平是根據排放標準和回收標準決定的，但是一般的城市污水處理廠不能只進行一次處理。 由于一次處理后的污水基本上不能達到污水排放標準，沿海城市的某些污水處理廠在初期建設中采用了低標準的深海排放標準，但現在已經基本改造。此外，由于水資源短缺，現在許多城市污水處理廠的建設都考慮污水回用，也就是說，一些新建的污水處理廠已經進行了深度處理，這一趨勢正在逐步加強。
