城市污水處理工藝一般根據城市污水的利用或排放去向，并考慮水體的自然凈化能力，確定污水處理程度和相應的處理工藝。處理后的污水無論用于工業、農業還是回灌地下水，都須符合頒布的有關水質標準。

現代污水處理技術按處理程度可分為一級、二級和三級處理工藝。物理方法，如篩選和沉淀，應用于污水的初級處理，以除去污水中的不溶性懸浮物和漂浮物。污水的二級處理主要采用生物處理法，即通過微生物代謝進行物質轉化的過程，將污水中的各種復雜有機物氧化降解為簡單物質。生物處理對污水水質、水溫、水中溶解氧、pH值都有要求。污水三級處理是在一、二級處理的基礎上，利用混凝、過濾、離子交換、反滲透等物理化學方法，除去污水中的難溶性有機物、磷、氮等營養物質。污水中污染物的成分非常復雜，往往需要上述方法的組合才能滿足處理要求。

污水的處理是預處理，二級處理是主體。處理后的污水一般能達到排放標準。三級處理為深度處理，出水水質良好，甚至達到飲用水水質標準。但處理成本高，除了在一些缺水的和地區，很少使用。許多城市正在新建和擴建二級污水處理廠，以解決日益嚴重的水污染問題。