化學處理法是利用化學反應來分離、回收廢水中的污染物，或將其轉化為無害物質，主要工藝有中和、混凝、化學沉淀、氧化還原、吸附、離子交換等。
1、中和法
中和法是利用化學方法使酸性廢水或堿性廢水中和達到中性的方法。在中和處理中，應盡量遵循“以廢治廢”的原則，優先考慮廢酸或廢堿的使用，或酸性廢水與堿性廢水直接中和的可能性。其次才考慮采用藥劑（中和劑）進行中和處理。
2、混凝法
混凝法是通過向廢水中投入一定量的混凝劑，使廢水中難以自然沉淀的膠體狀污染物和一部分細小懸浮物經脫穩、凝聚、架橋等反應過程，形成具有一定大小的絮凝體，在后續沉淀池中沉淀分離，從而使膠體狀污染物得以與廢水分離的方法。通過混凝，能夠降低廢水的濁度、色度，去除高分子物質，呈懸浮狀或膠體狀的有機污染物和某些重金屬物質。
3、化學沉淀法
化學沉淀法是通過向廢水中投入某種化學藥劑，使之與廢水中的某些溶解性污染物質發生反應，形成難溶鹽沉淀下來，從而降低水中溶解性污染物濃度的方法。化學沉淀法一般用于含重金屬工業廢水的處理。根據使用的沉淀劑的不同和生成的難溶鹽的種類，化學沉淀法可分為氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和鋇鹽沉淀法。
4、氧化還原法
氧化還原法是利用溶解在廢水中的有毒有害物質，在氧化還原反應中能被氧化或還原的性質，把它們轉變為無毒無害物質的方法。廢水處理使用的氧化劑有臭氧、氯氣、次氯酸鈉等，還原劑有鐵、鋅、亞硫酸氫鈉等。
5、吸附法
吸附法是采用多孔性的固體吸附劑，利用同一液相界面上的物質傳遞，使廢水中的污染物轉移到固體吸附劑上，從而使之從廢水中分離去除的方法。具有吸附能力的多孔固體物質稱為吸附劑。根據吸附劑表面吸附力的不同，可分為物理吸附、化學吸附和離子交換性吸附。在廢水處理中所發生的吸附過程往往是幾種吸附作用的綜合表現。廢水中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、沸石等。
離子交換是指在固體顆粒和液體的界面上發生的離子交換過程。離子交換水處理法是利用離子交換劑對物質的選擇性交換能力去除水和廢水中的雜質和有害物質的方法。
7、膜分離
可使溶液中一種或幾種成分不能透過，而其他成分能透過的膜，稱為半透膜。膜分離是利用特殊的半透膜的選擇性透過作用，將廢水中的顆粒、分子或離子與水分離的方法，包括電滲析、擴散滲析、微過濾、超過濾和反滲透。
