Le dégrillage
Dès la prise d'eau, l'eau passe à travers des grilles pour arrêter les corps flottants et les gros déchets.

Le tamisage
C'est un filtrage plus fin, à travers des tamis destinés à arrêter les déchets plus petits.

La décantation
Elle consiste à laisser déposer les déchets plus lourds que l'eau (ou à provoquer leur dépôt) sous l'effet de la gravité.

La filtration
Elle est réalisée sur matériaux classiques (sables) ou adsorbants (charbons actifs en grains), ou sur membranes (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration).

La filtration la plus répandue est la filtration sur lit de sable, d'autant plus efficace que les grains de sable sont plus fins et la vitesse de l'eau plus faible.

La filtration sur lit de sable est efficace, simple et peu coûteuse. C'est pourquoi elle s'est imposée, en raison des énormes volumes d'eau à traiter.

On fait usage également des filtres à charbon actif. On obtient le charbon actif par la calcination de substances organiques. Il se forme une sorte d'éponge très poreuse, qui peut retenir des molécules de toutes tailles.

On utilise également des filtres "bicouches", formés de matériaux de densité différente : une couche de charbon actif (les grains les plus gros) au-dessus d'une couche de sable fin.

La filtration sur membranes (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration) est de plus en plus fréquemment utilisée, mais elle reste encore onéreuse.

L'eau circule sous pression à travers des membranes. Celles-ci sont constituées de longues fibres creuses et poreuses d'environ 1 mm de diamètre sur 1,30 mètres de long, assemblées en faisceaux dans une cartouche cylindrique.

La flottation
Dans certains cas, en fonction de la nature des matières en suspension dans l'eau à traiter, on préfère recourir à la flottation plutôt qu'à la décantation. Le procédé consiste à faire remonter le "floc" (voir ci-dessous la floculation) à la surface en utilisant de l'air sous pression. L'eau est soutirée au fond du bassin.
La flottation peut se combiner à une ozonation (ozoflottation) pour traiter les eaux où la présence de micro-algues pose un problème spécifique.