人们发现，简单的化学、物理方法以及难以处理这些污水，研究出新型的水处理技术已经急不可耐了。各国的科学家都开始着手研究水处理方法，最早是污水曝气试验，然后又是生物膜法。接着再是人工生物处理法，再到如今具有针对性的离子交换法，电化学法等高新技术。上世纪九十年代，随着可持续发展的思想提出，不少国家也都开始利用系统工程的方法。把经济发展与环境保护综合考虑了起来，水处理也不单是处理已经成形的污水，而是从源头开始加以控制。由于最近几十年经济发展迅速，人们发现传统给水处理工艺已经难以满足社会的用水需求，故而也就开始将生物技术应用到给水工艺当中。不仅如此，伴随水资源危机的产生，污水再利用的工艺也是成为了人们关注的一点。
在古时候，当时的人类没有先进的水处理技术，为了降低疾病的水传播，他们便是采用简单的格栅截留和自然沉降等方法进行水处理。随后，经过多年观察和总结。他们也是发现了用砂子可以过滤掉细微悬浮物的方法，进而出现了药剂混凝预处理。随着人类文明的不断进步。人类产生的垃圾以及对环境的大肆破坏，导致了水资源受到严重污染，当各种传染病通过水传播，致使不少人染病或者死亡的时候，人们才是发现水处理是何等的重要。也正是如此，人们才逐渐开始研究水处理技术。从十九世纪末开始，工业技术得到长足发展，工业污水也是逐年翻倍产生。而且当时的工业强国的河流、湖泊也是遭到严重污染，逐渐成为社会公害。典型的例子有英国的泰晤士河中的鱼类几乎死亡殆尽，美国的密西西比河的生物大量死亡，日本熊本县水俣湾被甲基汞污染，导致了附近居民出现骨痛病。
含有铁、锰的原水（例如某些井水）需要去除铁、锰。生活用水可以满足一般工业用水的水质要求。但工业用水有时需要进一步的加工，如进行软化、除盐等。当废水的排放或再用的水质要求较低时，只需用筛除和沉淀等方法去除粗大杂质和悬浮物（常称一级处理），当要求去除有机物时。 一般在一级处理后采用生物处理法（常称二级处理）和消毒对经过生物处理后的废水，所进行的处理过程统称三级处理或深度处理，如当废水排入的水体需要防止富营养化所进行的去除氮，磷过程即属于三级处理（见水的物理化学处理法）。当废水作为水源时，成品水水质要求以及相应的加工流程随其用途而定。理论上，现代的水处理技术，可以从任何劣质水制取任何高质量的成品水。
通过物理或化学反应后来获得所需要的水质，对原水的加工不涉及去除杂质或添加新成分的问题。废水处理中，去除粗大的杂质一般属于水的预处理部分。悬浮物和胶体包括泥沙、藻类、细菌、病毒以及水中原有的和在水处理过程中所产生的不溶解物质等。溶解物有无机盐类、有机化合物和气体。去除水中杂质的处理方法很多，主要方法的适用范围可以大致按杂质的粒度来划分。由于原水所含的杂质和成品水可允许的杂质在种类和浓度上差别很大，水处理过程差别也很大。就生活用水（或城镇公共给水）而论，取自高质量水源（井水或防护良好的给水专用水库）的原水。只需消毒即为成品水；取自一般河流或湖泊的原水，先要去除泥沙等致浊杂质，然后消毒，污染较严重的原水，还需去除有机物等污染物；
水的化学特性，如其酸碱度，所溶解的固体物浓度和氧气含量等，也是判断水质的重要标准。如有些草原自然水中全溶固体物浓度高达1000毫克/升，而加拿大规定饮用水中全溶固体物浓度不得超过500毫克/升。许多工业用水还要求浓度不得高于200毫克/升。这种水，即便其物理性质符合要求，也不能随便使用。另外，来自自然界、核事故和核电站等的放射性元素含量，也是必须进行监测的重要特性，在循环用水系统以及水的再生处理中，原水是废水。成品水是用水，加工过程兼具给水处理和废水处理的性质。水处理还包括对处理过程中所产生的废水和污泥的处理及最终处，（见污泥处理和处置），有时还有废气的处理和排放问题。
水的处理方法可以概括为三种方式：
①最常用的是通过去除原水中部分或全部杂质来获得所需要的水质；
②通过在原水中添加新的成分
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