Xử lý chất thải nguy hại bằng phương pháp hoá học nhằm thay đổi tính chất hoá học của chất thải để chuyển nó về dạng không nguy hại.
Lọc: Lọc là phương pháp tách hạt rắn từ dòng lưu chất (khí, lỏng hay kem nhão…) khi đi qua môi trường xốp (vật liệu lọc). Các hạt rắn được giữ lại ở vật liệu lọc. Quá trình lọc có thể thực hiện nhờ chênh lệch áp suất gây bởi trọng lực, lực ly tâm, áp suất chân không, áp suất dư.
Kết tủa: Kết tuả là quá trình chuyển chất hoà tan thành dạng không tan bằng các phản ứng hoá học tạo tủa hay thay đổi thành phần haó chất trong dung dịch (thay đổi pH…), thay đổi điều kiện vật lý của môi trường (hạ nhiệt độ) để giảm độ hoà tan
của hoá chất, phần không tan sẽ kết tinh. Phương pháp kết tuả thường dùng kết hợp với các quá trình tách chất rắn như lắng cặn, ly tâm và lọc.
Oxy hoá khử: Phản ứng oxy hoá khử là phản ứng trong đó trạng thái oxy hoá của một chất phản ứng tăng lên trong khi trạng thái oxy hoá của một chất khác giảm xuống. Chất cho điện tử là chất khử, chất nhận điện tử là chất oxy hoá. Để thực hiện quá trình oxy hoá khử, người ta trộn chất thải với hoá chất xử lý (tác nhân oxy hoá hay khử) hay cho tiếp xúc các hoá chất ở các dạng dung dịch với hoá chất ở thể khí.
Bay hơi: Bay hơi là làm đặc chất thải dạng lỏng hay huyền phù bằng phương pháp cấp nhiệt để hoá hơi chất lỏng. Phương pháp này thường dùng trong giai đoạn xử lý sơ bộ để giảm số lượng chất thải cần xử lý cuối cùng.