污水處理（廢水處理）指的是處理水污染的重要過程，一般來說是採用物理性、生物性、及化學性的做法對工業廢水和生活污水進行處理，以分離水中的固體污染物並降低水中的有機污染物和富營養物（主要為氮、磷化合物），進而減輕污水對環境的污染。
按照廢水與污水的種類可以分為三種不同等級的廢水處理過程，內容如下：

一級處理：將需要廢水處理的污水中固體垃圾物質、油污、沙粒、硬質顆粒以及其他可沉澱的物質清除。整個過程一般均為機械運作。

1.過濾：以濾網將廢水中固體垃圾物質、沙粒、硬質顆粒進行過濾工作。
2.沉降：設置沉降池將廢水中的污泥用來發酵，製造甲烷，發酵後的污泥可作肥料。
3.羽化：加入石灰與磷進行化學反應，以免磷成為海中藻類的養份，造成優養化。

二級處理：將污水中的有機化合物分解為無機物。

進行完畢廢水一級處理後：
1.設置滴濾池：主要目的是讓水透過生物薄膜，進而分解水中的有機物
2.進行曝氣：在廢水污水中加入大量氧氣，幫助水中的細菌和真菌進行有氧分解。

三級處理:生化物廢水處理程序。

進行完畢廢水一級及二級處理後：
1.沙濾：再次進行濾砂工作。
2.設置活性碳濾網，使廢水經過活性碳，大量減少毒素。
3.利用微藻生物清除重金屬。
4.消毒：在廢水中加入氯氣或臭氧，或設置紫外線燈進行紫外光照射。

一般典型的生活廢水、污水處理廠常包含兩級處理過程，即一、二級處理。
污水廢水經市政下水道管網收集進入處理廠，由隔柵過濾去除其中較大的固體物質，如泥沙、紙張、塑料等，然後進入第一級沉澱池（稱為預沉池、一沉池）。
污水廢水在預沉池中停留數小時，待其中固體污染物沉降後，進入二級生物化學處理反應池。
視採用廢水處理手段的不同，反應池可以為好氧型曝氣池、或厭氧型生物濾池（滴濾池）等。
一般說來，好氧反應的處理量大，適合大中型城市採用。
在曝氣池中大量通入空氣以促進好氧細菌生長。細菌以水中有機污染物為食，大量增長後形成污泥狀懸浮物。
此時將污水引入第二級沉澱池，將細菌和其他微生物為主的污泥沉降。運營良好的二級生化污水處理廠，處理後的污水在視覺、嗅覺上可以達到與清水相近。