汙水處理一般來說包含以下三級處理：一級處理是它通過機械處理，如格柵、沉澱或氣浮，去除汙水中所含的石塊、砂石和脂肪、油脂等。二級處理是生物處理，汙水中的汙染物在微生物的作用下被降解和轉化為汙泥。三級處理是汙水的深度處理，它包括營養物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術對汙水進行消毒。可能根據處理的目標和水質的不同，有的汙水處理過程並不是包含上述所有過程。
機械處理工段

　　機械(一級)處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構築物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在於通過物理法實現固液分離，將汙染物從汙水中分離，這是普遍采用的汙水處理方式。機械(一級)處理是所有汙水處理工藝流程必備工程(盡管有時有些工藝流程省去初沉池)，城市汙水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為25%和50%。在生物除磷脫氮型汙水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機物的去除;在原汙水水質特性不利於除磷脫氮的情況下，初沉的設置與否以及設置方式需要根據水質特注的後續工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷除脫氮等後續工藝的進水水質。
汙水生化處理

　　汙水生化處理屬於二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工藝構成多種多樣，可分成活性汙泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化溝法、穩定塘法、土地處理法等多種處理方法。日前大多數城市汙水處理廠都采用活性汙泥法。生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機汙染物轉變成無害的氣體產物(CO2)、液體產物(水)以及富含有機物的固體產物(微生物群體或稱生物汙泥);多餘的生物汙泥在沉澱池中經沉澱池固液分離，從淨化後的汙水中除去。