Thực chất của phương pháp xử lý hố học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đĩ để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hố học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hồ tan nhưng khơng độc hại, khơng gây ơ nhiễm mơi trường.
Phương pháp xử lý hố học thường được áp dụng để xử lý nước thải cơng nghiệp. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hố học cĩ thể hồn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải.
Phương pháp trung hịa
Dùng để đưa mơi trường nước thải cĩ chứa các axit vơ cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5. Phương pháp này cĩ thể thực hiện bằng nhiều cách; trộn lẫn nước thải chứa axit và chứa kiềm, bổ sung thêm tác nhân hĩa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc cĩ tác dụng trung hịa.
Phương pháp oxy hĩa khử
Để làm sạch nước thải người ta cĩ thể sử dụng các chất ơxy hĩa như clo ở dạng khí và hĩa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, permanganat kali, bicromat kali, peoxyhyro (H2O2), ơxy của khơng khí, ơzon, pyroluzit (MnO2), ….
Trong quá trình ơxy hĩa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hĩa học, do đĩ quá trình ơxy hĩa hĩa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước khơng thể tách bằng những phương pháp khác. Ví dụ khử xyanua hay hợp chất hịa tan của asen.
Phương pháp điện hố học
Nhằm phá huỷ các tạp chất độc hại ở trong nước bằng cách oxy hố điện hố trên cực anốt hoặc dùng để phục hồi các chất quý.