Деякі забруднення можна видалити з води з хорошою ефективністю, якщо вони хімічно трансформуються. Загальною особливістю процесів є додавання у воду, що підлягає обробці, специфічної хімічної речовини, яка може бути використана для видалення забруднення, в результаті чого розчинений забруднювач хімічно перетворюється, наприклад, у нешкідливий продукт або осад, так що він може легко видаляються з водної фази.
Хімічне перетворення може бути декількох типів:
- окислення (наприклад, дезодорація, але також дезінфекція);
- іонообмін (наприклад, пом’якшення води, видалення важких металів);
- опади (наприклад, хімічне видалення фосфору, утворення етрінгіту);
- розкладання емульсії (видалення маслянистих забруднень, наприклад у стоках харчової промисловості);
- нейтралізація (регулювання рН).
У більш широкому розумінні хімічні процеси включають фізико-хімічні процеси:
- освітлення (коагуляція-флокуляція, флотація);
- адсорбція (фільтрація з активованим вугіллям).