化学处理法，特别是化学沉淀法，早在废水处理发展的初期就开始应用。它比自然沉淀法能迅速而有效地去除废水中的悬浮物，有代表性的去除悬浮物的效率达90％以上,去除BOD（生化需氧量）的效率可达85％。这种处理方法的缺点是化学药剂比较昂贵，处理后产生大量难以脱水的污泥，因而它的发展一度受到限制。近年来由于用途广泛的许多种化学处理药剂和设备相继问世，价格逐渐降低，因而化学处理法在废水处理中的应用日益广泛，现今已渐与生物处理法并驾齐驱。

化学处理还可作为生物处理后的三级处理措施，如以折点氯化法或碱化吹脱法去除氨氮，以化学沉淀法除磷，以臭氧、二氧化氯、高锰酸钾等氧化法去除难以生物降解的有机污染物（见污水三级处理）。

化学处理法还能有效地去除废水中的多种剧毒和高毒污染物，如用中和沉淀和硫化物沉淀法、电解法、离子浮选法、化学吸附法、溶剂萃取法去除或回收汞、镉、铜、锌、铬等重金属，用化学氧化法破坏氰化物和酚等。用强氧化剂的化学氧化法能分解难以生物降解的合成洗涤剂(ABS),并能分解带发色基团的化合物而去除其色度。中和法广泛应用于处理酸性和碱性废水。

与生物处理法相比，化学处理法能迅速、有效地去除种类更多的污染物，特别是生物处理法不能奏效的一些污染物。化学处理设备容易操作，也容易实现自动检测和控制；一些有毒有害的污染物能作为有用的资源回收利用。化学处理系统能实现一些工业用水的闭路循环。在水和其他资源日渐短缺的现状下，废水化学处理法将获得更大的发展。