城市污水中普遍含有有机污染物（用COD、BOD₅表示），包括碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪酸、油脂、酯类等物质。在选择污水处理工艺时往往需要用BOD₅/COD比来评价污水的可生物降解性，在研究和测试方法上则常用生物呼吸氧量与时间的变化曲线来间接表示有机物的降解速率，也可通过此方法间接反映可生物降解性。城市污水BOD₅一般为100mg/L～500mg/L。

城市污水含有大量的悬浮物（SS=150mg/L～500mg/L），包含了有机物和无机物，SS也是构成COD、BOD₅的主要贡献者。SS中含有大量的无机颗粒和胶体颗粒，对污水中原有的有机化合物、无机物、或病原菌具有吸附作用，并有可能形成新的复合污染物。SS是污水处理流程中在一级单元应考虑去除的污染物，可采用沉淀混凝、沉淀、过滤等这种物理化学组合法被分离去除。

城市污水中的氮，可来源于生活污水和工业废水中。生活污水中人体排泄物（粪便）含有的氮素，通过下水道排至污水处理厂；某些工业废水，如：化肥、食品、焦化等工业生产排放废水，含有较高的氮素，容易造成污水处理厂碳氮比例失调、生物脱氮不彻底的问题。在污水处理流程中，氮素的形态较多，原水中含有铵盐和有机氮、生物段转化为硝酸盐、亚硝酸盐，生物脱氮的产物则为氮气被排放到水处理系统之外。城市污水中的磷来自生活污水和地面径流中，生活污水中磷含量大约30～75%。由于城市污水中掺杂有工业废水或地面径流携带的污染物，所以有的城市污水中可能含有非常规无机污染物和有机污染物（如氟、砷、酚、氰、重金属、农药类化合物、多环芳烃等）。