มีกระบวนการมากมายที่สามารถนำมาใช้ในการทำความสะอาดน้ำเสียขึ้นอยู่กับประเภทและขอบเขตของการปนเปื้อนอยู่ มี 2 วิธึ คือ:ใช้ของเสียในน้ำเป็นทรัพยากร (เช่นพื้นที่ชุ่มน้ำที่สร้างขึ้น) หรือคิดว่าเป็นมลพิษ (เช่นส่วนใหญ่ของวันนี้โรงบำบัด) น้ำเสียส่วนใหญ่ได้รับการบำบัดในโรงงานผลิตพลังงานระดับอุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึงกระบวนการการบำบัดทางกายภาพทางเคมีและทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม การใช้ถังบำบัดน้ำเสียเป็นที่แพร่หลายในพื้นที่ชนบท ให้บริการได้ถึงหนึ่งในสี่ของที่อยู่อาศัยในสหรัฐอเมริกา ระบบการบำบัดด้วยวิธีแอโรบิกที่สำคุญที่สุดเป็นกระบวนการตกตะกอน โดยการบำรุงรักษาและการหมุนเวียนของชีวมวลที่ซับซ้อนที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์ที่สามารถดูดซับสารอินทรีย์ในน้ำเสีย กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศนี้ยังมีใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมและกากตะกอนชีวภาพ น้ำเสียบางที่อาจจะได้รับการปฏิบัติอย่างดีและนำกลับมาใช้เป็นน้ำปรับสภาพ การบำบัดน้ำเสียแบบนิเวศที่ใช้มากที่สุดคือระบบแปลงต้นกก การบำบัดระดับตติยภูมิจะถูกนำมาใช้มากขึ้นและเทคโนโลยีที่พบมากที่สุดคือการกรองไมโครหรือเยื่อสังเคราะห์ หลังจากการกรองเมมเบรน, ระบบบำบัดน้ำเสียได้รับการปฏิบัติโดยไม่แยกออกจากน้ำที่มาจากธรรมชาติที่มีคุณภาพดื่มได้ (ไม่มีแร่ธาตุ) ไนเตรตจะถูกลบออกจากน้ำเสียโดยกระบวนการทางธรรมชาติในพื้นที่ชุ่มน้ำ แต่ยังผ่าน denitrification ของจุลินทรีย์เข้มข้นซึ่งเป็นจำนวนที่เล็กน้อยของเมทานอลจะถูกเพิ่มเพื่อให้คาร์บอนแก่แบคทีเรีย ระบบบำบัดน้ำเสียด้วยโอโซนยังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นและต้องใช้เครื่องกำเนิดโอโซนซึ่งๆม่ทำให้น้ำเสียเมื่อฟองโอโซนไหลผ่านถัง แต่ใช้พลังงานมาก

การกำจัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมเป็นปัญหาที่ยากและมีราคาแพง โรงกลั่นน้ำมันปิโตรเลียมเคมีและปิโตรเคมีส่วนใหญ่ มีสิ่งอำนวยความสะดวกภายในโรงงานในการบำบัดน้ำเสียของตัวเองเพื่อให้ความเข้มข้นของสารมลพิษในน้ำเสียได้รับการปฏิบัติให้สอดคล้องกับท้องถิ่นและ/หรือระดับชาติในข้อบังคับเกี่ยวกับการกำจัดน้ำเสียในโรงงานบำบัดชุมชนหรือในแม่น้ำ ทะเลสาบหรือมหาสมุทร พื้นที่ชุ่มน้ำที่สร้างขึ้นจะถูกนำมาใช้ในจำนวนที่เพิ่มขึ้นของผู้ป่วยในขณะที่พวกเขาจัดทำการบำบัดในสถานที่ผลิตให้มีคุณภาพสูง กระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ผลิตน้ำเสียเป็นจำนวนมากเช่นการผลิตกระดาษและเยื่อกระดาษได้สร้างความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมที่นำไปสู่​​การพัฒนากระบวนการในการรีไซเคิลน้ำที่ใช้ภายในโรงงานก่อนที่น้ำเสียจะต้องถูกทำความสะอาดและถูกกำจัด.