Διάφορες μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων χρησιμοποιούνται πριν από τη διάθεση των λυμάτων. Ο στόχος είναι να αποτραπεί η μόλυνση οποιουδήποτε νερού σε χώρους αναψυχής ή σε παροχές νερού μόλις απελευθερωθούν τα επεξεργασμένα λύματα. Τις περισσότερες φορές, τα λύματα επεξεργάζονται κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας συνεχούς ροής είτε με χημική επεξεργασία λυμάτων είτε με φυσικές ή βιολογικές μεθόδους. Αυτές οι μέθοδοι και τα διαφορετικά στάδια επεξεργασίας συμβαίνουν σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων, εγκαταστάσεις που έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται μεγάλους όγκους νερού και να απορρίπτουν τα απόβλητα με ασφάλεια.
Μια φυσική διαδικασία επεξεργασίας λυμάτων δεν προσθέτει χημικά συστατικά ή βιολογικό υλικό για την επεξεργασία του νερού. Το νερό μπορεί να ελεγχθεί για να φιλτράρει μεγάλα αντικείμενα. Μπορεί επίσης να αντιμετωπιστεί με καθίζηση, κατά την οποία τα στερεά κατακάθονται στον πυθμένα υπό την επίδραση της βαρύτητας. Το νερό που δεν περιέχει στερεά μπορεί στη συνέχεια να αφαιρεθεί. Άλλες φυσικές διεργασίες περιλαμβάνουν την προσθήκη αέρα για την παροχή οξυγόνου στα λύματα και το νερό μπορεί επίσης να περάσει μέσα από ένα φίλτρο για να απαλλαγεί από στερεά υλικά.
Ένας άλλος τρόπος επεξεργασίας των λυμάτων είναι η χρήση χημικών ουσιών όπως το χλώριο, που σκοτώνει τα βακτήρια, καθώς και το όζον. Αυτές οι χημικές ουσίες χρησιμεύουν για την οξείδωση του νερού, σκοτώνουν τυχόν παθογόνους οργανισμούς και επιβραδύνουν τον ρυθμό αποσύνθεσης. Ένα οξύ ή μια βάση μπορεί επίσης να προστεθεί στο μείγμα για να εξουδετερώσει το pH των λυμάτων, ενώ οι χημικές ουσίες πήξης αντιδρούν με υλικά στο νερό για να διευκολύνουν την απομάκρυνσή τους. Οι χημικές και φυσικές μέθοδοι συνδυάζονται συχνά στη διαδικασία επεξεργασίας των λυμάτων, όπως όταν χρησιμοποιείται ενεργός άνθρακας για την απομάκρυνση οργανικών ουσιών.
Βακτηριακοί και άλλοι μικροοργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη βιολογική επεξεργασία λυμάτων. Αυτά αποσυνθέτουν άλλα βιολογικά υλικά στα λύματα και, ανάλογα με το επίπεδο οξυγόνου στο νερό, μπορούν να πραγματοποιηθούν αερόβιες ή αναερόβιες μέθοδοι επεξεργασίας των λυμάτων. Οργανικά και ανόργανα στερεά μπορούν επίσης να αφαιρεθούν ως λάσπη επεξεργασίας λυμάτων.
Κάθε διαδικασία επεξεργασίας λυμάτων εξυπηρετεί έναν σκοπό και χρησιμοποιούνται διαφορετικές διαδικασίες ανάλογα με το στάδιο της επεξεργασίας. Οι φυσικές διεργασίες χρησιμοποιούνται συχνά στην προκαταρκτική θεραπεία, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση συσκευών διαλογής, κοπής και τεμαχισμού. Η πρωτογενής επεξεργασία περιλαμβάνει φυσικές και χημικές διεργασίες και εξαρτάται περισσότερο από μεγάλες δεξαμενές. Η βιολογική επεξεργασία λυμάτων είναι συνήθως η μέθοδος που χρησιμοποιείται για δευτερογενή επεξεργασία και χρησιμοποιούνται φυσικές μέθοδοι ή χημικές ουσίες σε πιο προχωρημένα στάδια της διαδικασίας επεξεργασίας λυμάτων. Τα λύματα συνήθως επεξεργάζονται σε πολλαπλά στάδια που συνδυάζουν διάφορες φυσικές, χημικές και βιολογικές μεθόδους.