针对不同污染物质的特征，发展了各种不同的化工废水处理方法，这些处理方法按其作用原理划分为四大类：物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。
物理处理法
通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜和油珠）的废水处理法，根据物理作用的不同，又可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。
与其他方法相比，物理法具有设备简单、成本低、管理方便、效果稳定等优点，主要用于去除废水中的漂浮物、悬浮固体、砂和油类等物质。
物理法包括过滤、重力分离、离心分离等。
化学处理法
通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理法。可用来除去废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素（氮、磷）、乳化油、色度、臭味、酸、碱等。
化工废水的特征分析如下：
(1)水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；
(2)废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；
(3)有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；
(4)生物难降解物质多，B比C低，可生化性差；
(5)废水色度高。
化工废水处理原则
废水处理技术已经经过了100多年的发展，污水中的污染物种类、污水量是随着社会经济发展、生活水平的提高而不断增加，污水处理技术也随着科学技术的发展而发生了日新月异的变化，同时，旧的污水处理技术也不断被革新和发展着。尤其现在的化工废水中的污染物是多种多样的，往往用一种工艺是不能将废水中所有的污染物去除殆尽的。用物化工艺将化工废水处理到排放标准难度很大，而且运行成本较高；化工废水含较多的难降解有机物，可生化性差，而且化工废水的废水水量水质变化大，故直接用生化方法处理化工废水效果不是很理想。
一般来说化工污水回用或者直排，其面临的污水处理费用主要构成有以下几个方面：
1、污水厂运行所需的能源费用，例如：电费、天然气、水费等;
2、污水厂运行所需要的药剂费用，例如：PAC、PAM、酸碱、消泡剂等等;
3、污水处理的副产物处置费用，例如：污泥、结晶的杂盐等等;
4、人工费用;
5、污水厂运行的日常维修维护费用。
化工废水之所以难处理主要在于通常化工企业所排废水浓度高、成份复杂、有毒有害物质多、生物难降解物质多、以及色度高等特点。要想将化工废水处理达标，靠单一的处理方法是不可能的，须多种处理工艺联合使用。目前大部分化工企业用两类处理方法：一类是化学催化为主的工艺；一类是化工废水处理方法是先通过预处理手段提高废水可生化性，再进行生化处理。
当前形势下化工废水处理现状
据调查,化学工业1985至198启年废水的排放及治理情况大致如表所示。,化工生产的用水量、废水排放量以及废水中污染物排放昼是相当可观的。以1985年为例,化学工业主要生产行业的用水排水情况如表2所示,其中氮肥工业的工业总用水量、新鲜水取用量和废水排放量最大,分别占全化工的68.7,71.和63.1%,废水中主要污染物排放总量以化肥工业为最高,占全化工的51.6%;废水中COD排放量最大的是有机化工,占全化工的34.5%,废水中悬浮物排放量最大的是化肥工业,占全化工的5.3%。
但仍存在问题包括：
化工废水处理存在资源浪费
一些化工企业在废水处理达标前提下，在尾水排放时没有排除副产品盐分，这就给环境水体带来的不小的压力，会让化工企业在运行废水处理装置时增加更多困难。主要原因是副产品中的碱和酸只能“各自为政”而不能资源互相利用，因此增加了治理环境的成本，让污染的治理难度提升。