廢水化學處理法是通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態的污染物或將其轉化為無害物質的廢水處理法。以投加藥劑產生化學反應為基礎的處理單元有混凝、中和、氧化還原等；以傳質作用為基礎的處理單元有萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換以及電滲吸和反滲透等。有廢水臭氧化處理法、廢水電解處理法、廢水化學沉淀處理法、廢水混凝處理法、廢水氧化處理法、廢水中和處理法等。與生物處理法相比，能較迅速、有效地去除更多的污染物，可作為生物處理后的三級處理措施。此法還具有設備容易操作、容易實現自動檢測和控制、便于回收利用等優點。化學處理法能有效地去除廢水中多種劇毒和高毒污染物。
化學方法是利用化學反應的作用以去除水中的有機物、無機物雜質。主要有化學混凝法、化學氧化法、電化學氧化法等。化學混凝法作用對象主要是水中微小懸浮物和膠體物質，通過投加化學藥劑產生的凝聚和絮凝作用，使膠體脫穩形成沉淀而去除。混凝法不但可以去除廢水中的粒徑為1O～10mm的細小懸浮顆粒，而且還能去除色度，微生物以及有機物等。該方法受pH值、水溫、水質、水量等變化影響大，對某些可溶性好的有機、無機物質去除率低；化學氧化法通常是以氧化劑對化工廢水中的有機污染物進行氧化去除的方法。廢水經過化學氧化還原，可使廢水中所含的有機和無機的有毒物質轉變成無毒或毒性較小的物質，從而達到廢水凈化的目的。常用的有空氣氧化，氯氧化和臭氧化法。空氣氧化因其氧化能力弱，主要用于含還原性較強物質的廢水處理，Cl是普通使用的氧化劑，主要用在含酚、含氰等有機廢水的處理上，用臭氧處理廢水，氧化能力強，無二次污染。臭氧氧化法、氯氧化法，其水處理效果好，但是能耗大，成本高，不適合處理水量大和濃度相對低的化工廢水；電化學氧化法是在電解槽中，廢水中的有機污染物在電極上由于發生氧化還原反應而去除，廢水中污染物在電解槽的陽極失去電子被氧化外，水中的Cl-，OH-等也可在陽極放電而生成Cl2和氧而間接地氧化破壞污染物。實際上，為了強化陽極的氧化作用，減少電解槽的內阻，往往在廢水電解槽中加一些氯化鈉，進行所謂的電氯化，NaCl投加后在陽極可生成氯和次氯酸根，對水中的無機物和有機物也有較強的氧化作用。近年來在電氧化和電還原方面發現了一些新型電極材料，取得了一定成效，但仍存在能耗大、成本高，及存在副反應等問題。
