Ennen jäteveden hävittämistä käytetään erilaisia jäteveden käsittelymenetelmiä. Tavoitteena on estää veden saastuminen virkistysalueilla tai vesihuollossa, kun puhdistettu jätevesi vapautuu. Suurimman osan ajasta jätevesi käsitellään jatkuvan virtauksen aikana joko kemiallisella jätevedenkäsittelyllä tai fysikaalisilla tai biologisilla menetelmillä. Nämä menetelmät ja eri käsittelyvaiheet tapahtuvat jätevedenpuhdistamoissa, tiloissa, jotka on suunniteltu käsittelemään suuria määriä vettä ja hävittämään jäteyhdisteet turvallisesti.
Fyysinen jätevedenkäsittelyprosessi ei lisää kemiallisia komponentteja tai biologista materiaalia veden käsittelyyn. Vesi voidaan seuloa suurien esineiden suodattamiseksi. Sitä voidaan myös käsitellä sedimentaation avulla, jonka aikana kiintoaineet laskeutuvat pohjaan painovoiman vaikutuksesta. Kiinteistä aineista vapaa vesi voidaan sitten poistaa. Muita fysikaalisia prosesseja ovat ilman lisääminen hapen saamiseksi jäteveteen, ja vesi voidaan myös viedä suodattimen läpi kiinteiden materiaalien poistamiseksi.
Toinen tapa käsitellä jätevettä on käyttää kemikaaleja, kuten klooria, joka tappaa bakteereja, sekä otsonia. Nämä kemikaalit palvelevat vettä, tappavat kaikki taudinaiheuttajat ja hidastavat hajoamista. Seokseen voidaan myös lisätä happoa tai emästä jäteveden pH: n neutraloimiseksi, kun taas hyytyvät kemikaalit reagoivat veden sisältämien materiaalien kanssa helpottaakseen niiden poistamista. Jäteveden käsittelyprosessissa yhdistetään usein kemiallisia ja fysikaalisia menetelmiä, kuten silloin, kun aktiivihiiltä käytetään orgaanisten aineiden poistamiseen.
Bakteereja ja muita mikro -organismeja voidaan käyttää biologisessa jätevedenpuhdistuksessa. Nämä hajoavat muita biologisia materiaaleja jätevedessä ja veden happipitoisuudesta riippuen voidaan suorittaa aerobisia tai anaerobisia jätevedenkäsittelymenetelmiä. Orgaaniset ja epäorgaaniset kiintoaineet voidaan myös poistaa jätevedenkäsittelylietteenä.
Jokaisella jätevedenkäsittelyprosessilla on tarkoitus, ja eri prosesseja käytetään käsittelyvaiheesta riippuen. Fyysisiä prosesseja käytetään usein esikäsittelyssä, johon kuuluu seulonta-, leikkaus- ja murskauslaitteiden käyttö. Ensisijainen käsittely sisältää fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, ja se riippuu enemmän suurista säiliöistä. Biologinen jäteveden käsittely on tyypillisesti menetelmä, jota käytetään toissijaisessa käsittelyssä, ja fysikaalisia menetelmiä tai kemikaaleja käytetään jäteveden käsittelyprosessin edistyneemmissä vaiheissa. Jätevedet käsitellään yleensä useissa vaiheissa, joissa yhdistyvät erilaiset fysikaaliset, kemialliset ja biologiset menetelmät.