化学处理是利用化学反应从污水中分离、回收污染物。主要方法有：
混凝法（在水中添加与胶体污染物带相反电荷的电解质（混凝剂），改变胶体粒子的稳定性，使其凝聚沉淀而去除）
中和法（向酸性废水中添加碱性物质或向碱性废水中添加酸性物质来改变污水的pH值）
氧化还原法（向废水中加入氧化剂或还原剂，通过氧化还原反应将污染物转化为无害物质，主要用于处理含酚、氰化物、铬、汞等废水）
电解（将电极插入污水中，在阳极和阴极分别发生氧化还原反应，主要用于处理含铬和含氰化物的污水）
吸附法（通过基团吸附剂吸附污水中溶解的有机或无机污染物），
电渗析（利用由阴离子和阳离子交换膜组成的电渗析器分离污水中的阴离子和阳离子）
此外还有蒸汽吹脱、空气吹脱、萃取等。