污水收集和处理通常是受制于地方的，州的和联邦的法规和标准。污水工业源往往需要专门的治疗过程（见工业废水处理）。
污水处理通常包括三个阶段，称为一级，二级和三级处理。
一级处理：将污水中的固体垃圾、油、沙、硬粒以及其他可沉淀的物质清除。整个过程纯粹为机械运作。
过滤
沉降：沉降池内的污泥可以用来发酵，制造甲烷，发酵后的污泥可作肥料。
羽化：加入石灰与磷反应，以免它们成为海中藻类的养份。
二级处理：将污水中的有机化合物分解为无机物。
滴滤池：水经过生物薄膜，分解水中的有机物
曝气：水会加入大量氧气，帮助水中的细菌和真菌进行有氧分解。
消毒：加入氯气或臭氧，或经紫外光照射。
三级处理
沙滤
经过活性碳，化解毒素。
利用微藻生物清除重金属。
典型的生活污水处理厂常包含两级处理过程，即一、二级处理。污水经市政管网收集进入处理厂，由隔栅过滤去除其中较大的固体物，如泥沙、纸张、塑料等，然后进入第一级沉淀池（称为预沉池、一沉池）。污水在预沉池中停留数小时，待其中固体污染物沉降后，进入二级生物化学处理反应池。视采用处理手段的不同，反应池可以为好氧型曝气池、或厌氧型生物滤池（滴滤池）等。一般来说，好氧反应的处理量大，适合大中型城市采用。在曝气池中大量通入空气以促进好氧细菌生长。细菌以水中有机污染物为食，大量增长后形成污泥状悬浮物。此时将污水引入第二级沉淀池，将细菌和其他微生物为主的污泥沉降。运营良好的二级生化污水处理厂，处理后的污水在视觉、嗅觉上可以达到与清水相近。
