Det grundlæggende princip for vandbehandlingsudstyr er at fjerne eller omdanne urenheder, skadelige stoffer eller opløste forurenende stoffer i råvand gennem en kombination af fysiske, kemiske og biologiske metoder, hvilket bringer det op til at opfylde brugs- eller udledningsstandarder. Forskellige processer fungerer efter forskellige principper:
Fysisk behandling: Er primært afhængig af filtrering, sedimentering og opsnapning for at opnå adskillelse. For eksempel bruger sandfiltrering og aktivt kulfiltrering partikelformige medier til at adsorbere eller opfange suspenderede faste stoffer; mikrofiltrering, ultrafiltrering og omvendt osmose udnytter membranernes selektive permeabilitet til at opnå fin adskillelse af vandmolekyler og forurenende stoffer. Denne proces ændrer ikke egenskaberne af forurenende stoffer, men fjerner dem gennem fysiske barrierer.
Kemisk behandling: Opnår omdannelse eller fjernelse af forurenende stoffer gennem reaktioner. For eksempel bruger koagulationsprocesser kemikalier til at aggregere kolloide partikler til flokke for let bundfældning; oxidationsprocesser (såsom ozon- og klordesinfektion) kan ødelægge strukturen af organisk materiale eller dræbe mikroorganismer; ionbytning bruger harpiks til at udveksle calcium- og magnesiumioner i vandet, hvilket opnår blødgøring eller afsaltning. Disse metoder lægger vægt på kemisk drevet forbedring af vandkvaliteten.
Biologisk behandling: Er primært afhængig af mikroorganismers metaboliske nedbrydning af forurenende stoffer, såsom den aktiverede slamproces eller membranbioreaktorprocessen. Mikroorganismer omdanner organiske forurenende stoffer til kuldioxid, vand og andre stabile stoffer og opnår dermed en harmløs behandling af forurenende stoffer. Denne metode er meget udbredt til behandling af husholdningsspildevand og organisk industrispildevand.
Sammenfattende er kerneprincippet i vandbehandlingsudstyr at opnå den trinvise--fjernelse af forurenende stoffer i forskellige former gennem en kombination af teknologier, der gradvist transformerer vandkvaliteten fra "råvand" til "brugeligt vand eller kompatibelt udledningsvand."