Gli impianti di depurazione delle acque reflue (o di scarico) sono composti da una serie più o meno complessa di unità di processo, riunite in 3 fasi (trattamento primario, secondario e terziario); ogni singolo processo rimuove uno o alcuni tipi di inquinanti.

Trattamento primario: i liquami che sono immessi nell'impianto di depurazione contengono residui grossolani (detriti e frammenti di materiali inerti) che, se non rimossi, potrebbero intasarne le tubature e danneggiarne le pompe o altre apparecchiature. Per evitare ciò, questi materiali vengono rimossi mediante una serie di griglie e barre e, quindi, prelevati meccanicamente o manualmente e inceneriti o stoccati in discarica. I liquami filtrati vengono, invece, immessi in un trituratore, che sminuzza le foglie e le altre scorie organiche per agevolare la rimozione degli inquinanti organici nelle fasi successive del trattamento.

Trattamento secondario: in questa fase del trattamento le sostanze organiche biodegradabili sospese e disciolte nelle acque di scarico vengono eliminate mediante processi di ossidazione biologica, operati da batteri. In alcuni casi questi batteri agiscono in presenza di ossigeno (processi aerobici), in altri in assenza di ossigeno (processi anaerobici). Nella fase di trattamento secondario vengono in pratica riprodotti i naturali processi di autodepurazione dell'acqua, il cui svolgimento viene tuttavia accelerato con svariati espedienti. In presenza di ossigeno i batteri aerobici convertono la materia organica in prodotti stabili, ad esempio anidride carbonica, acqua, nitrati, fosfati, e in fanghi biologici che vengono rimossi dai liquami prima che questi siano immessi nel corpo idrico recettore.

Trattamento terziario: questa fase del trattamento di depurazione viene effettuata a valle dei trattamenti primari e secondari quando, in considerazione della composizione del corpo idrico recettore o dell'eventuale riuso dell'effluente finale, si deve procedere alla rimozione dei nutrienti. lì trattamento terziario può essere seguito da un'ulteriore fase di depurazione finalizzata a eliminare le sostanze inquinanti refrattarie. Certi processi chimico-fisici consentono di ridurre anche del 90% la presenza di materiali solidi in sospensione e il BOD5 delle acque di scarico. I materiali solidi vengono eliminati perlopiù attraverso processi di osmosi inversa e di elettrodialisi. Nell'osmosi inversa i liquidi vengono filtrati ad alta pressione su membrane di micro pori, che lasciano defluire acqua a elevata purezza trattenendo i soluti. Nell'elettrodialisi, molto usata per la desalinizzazione, anioni e cationi vengono separati selettivamente mediante una serie di membrane e un campo elettrico. I nutrienti vengono rimossi attraverso vari processi, tra cui lo strippaggio dell'ammoniaca e la denitrificazione e la precipitazione del fosforo. Per ottenere un grado di purezza ancora più elevato, gli effluenti vengono a volte sottoposti a disinfezione mediante ozonizzazione, un processo ritenuto più sicuro della comune clorazione. L'applicazione di sistemi di depurazione sempre più avanzati e sofisticati sta gradualmente prendendo piede, anche in virtù della sempre più diffusa tendenza a recuperare le risorse idriche per ridurne il consumo.