Pred odstranjevanjem odpadne vode se uporabljajo različne metode čiščenja odpadne vode. Cilj je preprečiti kontaminacijo kakršne koli vode na rekreacijskih območjih ali v zalogah vode, ko se prečiščena odpadna voda izpusti. Večino časa se odpadna voda čisti med neprekinjenim pretokom bodisi s kemično obdelavo odpadne vode bodisi s fizikalnimi ali biološkimi metodami. Te metode in različne stopnje čiščenja se pojavljajo v čistilnih napravah odpadne vode, objektih, zasnovanih za ravnanje z velikimi količinami vode in varno odstranjevanje odpadnih spojin.
Postopek fizikalnega čiščenja odpadne vode ne dodaja nobenih kemičnih sestavin ali biološkega materiala za čiščenje vode. Vodo je mogoče presejati, da filtriramo velike predmete. Obdelujemo ga lahko tudi s sedimentacijo, med katero se trdne snovi pod vplivom gravitacije usedejo na dno. Vodo, ki je brez trdnih snovi, lahko nato odstranite. Drugi fizikalni procesi vključujejo dodajanje zraka za zagotovitev kisika v odpadni vodi, vodo pa je mogoče prepustiti tudi skozi filter, da se znebite trdnih materialov.
Drug način čiščenja odpadne vode je uporaba kemikalij, kot je klor, ki ubija bakterije, pa tudi ozon. Te kemikalije služijo za oksidacijo vode, uničenje vseh patogenov in upočasnitev hitrosti razgradnje. Zmesi lahko dodamo tudi kislino ali bazo, da nevtraliziramo pH odpadne vode, medtem ko koagulacijske kemikalije reagirajo z materiali v vodi, da jih je lažje odstraniti. Kemične in fizikalne metode se pogosto kombinirajo v procesu čiščenja odpadne vode, na primer, ko se za odstranjevanje organskih snovi uporablja aktivno oglje.
Bakterijske in druge mikroorganizme lahko uporabimo pri biološkem čiščenju odpadne vode. Ti razgradijo druge biološke materiale v odpadni vodi in glede na nivo kisika v vodi se lahko izvajajo aerobne ali anaerobne metode čiščenja odpadne vode. Organske in anorganske trdne snovi je mogoče odstraniti tudi kot blato za čiščenje odpadne vode.
Vsak postopek čiščenja odpadne vode služi svojemu namenu in glede na stopnjo čiščenja se uporabljajo različni postopki. Fizikalni procesi se pogosto uporabljajo pri predhodni obdelavi, ki vključuje uporabo naprav za presejanje, rezanje in drobljenje. Primarna obdelava vključuje fizikalne in kemične procese in je bolj odvisna od velikih rezervoarjev. Biološko čiščenje odpadne vode je običajno metoda, ki se uporablja za sekundarno čiščenje, fizikalne metode ali kemikalije pa se uporabljajo v naprednejših fazah postopka čiščenja odpadne vode. Odpadna voda se običajno čisti v več fazah, ki združujejo različne fizikalne, kemične in biološke metode.