一级处理，也称为机械处理，主要去除污水中较大的悬浮物、漂浮物和油类等。它由格栅、沉砂池和沉淀池三部分组成。格栅由平行钢质栅条组成，栅条间距大小不同。通过格栅截留的污物经过磨碎后再回到污水进行下一步处理。污水中较小的不溶物通过沉砂池去除，沉砂池中的沉渣可以晾干后用于填坑。更细小的悬浮物通过沉淀池进一步处理，出水可以用于灌溉农田或作为二级污水处理厂的预处理。

二级处理，也称为生物处理，主要去除一级处理后污水中的溶解性和胶体有机物。典型的设备是生物曝气池和沉淀池，出水经过消毒处理后可以排放入水源。

三级处理，也称为深度处理。近年来，为了保护环境，污水排放的标准变得更加严格。另外，由于工农业生产的发展和用水量的增加，污水处理后再回用成为解决水资源问题的途径之一。经过生物处理后的出水需要进行深度处理，主要方法包括离子交换、电渗析和反渗透等去除水中的溶解盐类；化学混凝法去除磷和氮；活性炭吸附水中的有机物；臭氧氧化水中的有机物等。根据处理要求的程度，可以选择其中一种或几种方法组成一个处理流程。最终出水需要进行消毒后才能排放或再回用。由于三级处理费用较高，目前尚未广泛应用。

一级处理和二级处理过程中都会产生污泥。污泥中含有大量有机物和细菌、寄生虫卵等。污泥的颗粒细小，含水量高，但呈胶状结构，不易脱水，化学性质不稳定，容易腐化发臭，因此不能随意堆放或排放，否则会污染环境。污泥处理的主要流程如下图所示：