Vesi jätehuolto on jäteveden käsittelyn ala, jotta se voidaan joko kierrättää vesijärjestelmään tai hävittää ympäristötietoisella tavalla. Tämä on yksi suurimmista ongelmista, joita useimmat nykyajan suurimmat kaupungit kohtaavat. Ylivuoto aiheuttaa vakavia saastumisongelmia ja lisääntyvä väestötiheys ulottuu olemassa olevaan infrastruktuuriin murtumispisteeseen. Sekä mekaanisia että biologisia prosesseja käytetään jäteveden hallintaan epätoivottujen hiukkasten poistamiseksi ja mahdollisesti haitallisten taudinaiheuttajien poistamiseksi.
Yksi jätehuollon tärkeimmistä aloista on jäteveden käsittely. Tämä kattaa kotitalouksien jäteveden, kaupallisen valuman, ympäristön valumisen ja paljon muuta. Kotitaloudet tuottavat viemäriä jätteenä käymälöistään, suihkustaan, pesualtaistaan ja kylpyammeistaan, joka yleensä pumpataan tilojen piikkikenttään tai lähetetään keskitettyyn viemäriverkkoon. Teollisuuden jätevesi voi olla erityisen vaarallista, usein veteen lisätään haitallisia epäpuhtauksia ja johdetaan viemärijärjestelmään. Joillakin alueilla tämä jätevesi on erityisesti säännelty, ja sen käsittely voi vaatia erikoislaitoksen.
Nykyaikaisessa hallinnassa on ilmennyt merkittävä ongelma, koska nykyiset viemärijärjestelmät täytetään lähellä kapasiteettia. Monissa nykyaikaisissa kaupungeissa sademyrskyt voivat valua suoraan viemärijärjestelmään, mikä lisää stressiä jo venytettyyn järjestelmään. Tämän seurauksena erityisen voimakkaiden myrskyjen tai pitkään kestävien myrskyjen aikana sadevesi voi aiheuttaa viemärijärjestelmän kapasiteetin ylittymisen ja muodostaa ns. Yhdistetyn viemärivuoton, joka voi olla sotkua sekä kaupungeissa että rannikkoa.
Jätevedet suurkaupungissa käsitellään yleensä keskuslaitoksessa, jonne se johdetaan laajalla putkien ja pumppujen sarjalla. Useimmilla hallintajärjestelmillä on kolme eri tasoa, joita kutsutaan yksinkertaisesti ensisijaisiksi, toissijaisiksi ja tertiäärisiksi käsittelyiksi. Ensisijainen käsittely käsittää kiintoaineiden erottamisen vedestä, yleensä mekaanisin keinoin, kuten laskeutumalla ja suodattamalla. Toissijaisessa käsittelyssä käytetään biologisia keinoja, kuten mikro-organismeja, liuenneen materiaalin saattamiseksi pois liuoksesta kiinteään muotoon. Kolmivaiheinen käsittely käsittää sitten näiden kiinteiden aineiden poistamisen vedestä ja tuloksena olevan veden käsittelyn sen puhdistamiseksi, yleensä mikrosuodatuksen tai kemiallisten lisäaineiden avulla.
Yksilöllisellä tasolla jätehuoltoa voivat käyttää kotitaloudet, jotka eivät ole viemärijärjestelmässä, tai kotitaloudet, jotka haluavat vähentää jätevesien pumppaamista viemärijärjestelmään. Viime vuosina monet alueet ovat sallineet jäteveden erottamisen harmaiksi ja mustiksi vesiksi. Harmaa vesi on suhteellisen saastumatonta vettä, joka syntyy esimerkiksi pyykinpesusta, suihkusta tai astioiden pesusta. Musta vesi on toisaalta wc -järjestelmien jätevettä.
Vaikka musta vesi on lain mukaan useimmilla alueilla lähetettävä joko viemärijärjestelmään tai iilikenttään, harmaa vesi on vähemmän säänneltyä. Monissa moderneissa kodeissa käytetään perussuodatusjärjestelmiä, jotta se soveltuisi moniin vesiintensiivisiin toimintoihin, jotka eivät vaadi juomavettä. Ihmiset voivat esimerkiksi käyttää harmaata vettä puutarhansa tai maisemoinninsa kasteluun tai WC: n vesisäiliöiden täyttämiseen huuhtelua varten. Tämä on yksinkertainen ja tehokas veden jätehuollon muoto, joka voi säästää suuria määriä vettä vuosittain ja vähentää viemärijärjestelmien työtaakkaa.