1、物理法
物理法汙水處理就是利用物理作業，分離汙水中主要呈懸浮狀態的汙染物，在處理過程中不改變水的化學性質。
(1)沉澱(重力分離)
汙水流入池內由於流速降低，汙水中的固體物質在中立的作用下進行沉澱，而使固體物質與水分離，這種工藝分離效果好，簡單易行，應用廣泛，如汙水處理廠的沉砂池和沉澱池。沉砂池主要去除汙水中密度較大的固體顆粒物，沉澱池則主要用於去除汙水中大量的呈顆粒狀的懸浮固體。
(2) 篩選(截流)
利用篩濾介質截流汙水中的懸浮物。屬於砂濾處理的設備有格柵、微濾機、砂濾池、真空濾機、壓濾機(後兩種主要用於汙泥脫水)等。
(0)氣浮(上浮)
對一些相對密度接近於水的細微顆粒，因其自重難於在水中下沉或上浮，可採用氣浮裝置。此法將空氣打入汙水中，並使其以微小氣泡的形勢由水中析出，汙水中密度近於水的微小顆粒狀汙染雜質(如乳化油)黏附到氣泡上，並隨氣泡升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根據空氣打入方式的不同，氣浮設備有加壓溶汽氣浮法、葉輪氣浮法和射流氣浮法等。為提高氣浮效果，有時需要向汙水中投加混凝劑。
2、生物膜法
使汙水連續流經固體填料，在填料上就能夠形成汙泥垢狀的生物膜，生物膜上繁殖大量的微生物，吸附和降解水中的有機汙染物，能起到與活性汙泥同樣的淨化汙水作用。從填料上脫落下來死亡的生物膜隨汙水流入沉澱池，經沉澱池澄清淨化。生物膜有多種處理構築物，如生物濾料、生物轉盤、生物接觸氧化和生物流化床等。
(1)生物濾池
生物濾池是以士壤自淨原理為依據發展起來的，濾池內有固定填料， 汙水流過時與濾料相接觸，微生物在濾料表面形成生物膜。淨化汙水裝由提供微生物生長息棲的濾床、布水系統以及排水系統組成。生物濾池操作簡單，費用低，適用於中小城鎮和邊遠地區。生物濾池分為普通生物濾池、高負荷生物濾池和塔式生物濾池以及曝氣生物濾池等。
(2)生物接觸氧化
在池內設填料，使已經充氧的汙水浸沒全部填料，填料上長滿生物膜，汙水與生物膜接觸，水中的有機物被微生物吸附，氧化分解和轉化成新的生物膜。從填料上脫落的生物膜隨水流到二沉池後被去除，汙水得到淨化。生物接觸氧化法衝擊負荷有較強的適應能力，汙泥產量少，可保證出水水質。
3、厭氧生物處理法
利用兼性厭氧菌在無氧條件下降解有機汙染物，主要用於處理高濃度難降解的有機工業廢水及有機汙泥。主要構築物是消化池，近年來在這個領域有很大的發展，開創了一系列的新型高效厭氧處理構築物，如厭氧濾池、厭氧轉盤、上流式厭氧汙泥床、 厭氧流化床等高效反應裝置，該法能耗低且能產生能量，汙泥量少。