首先，自來水廠通過泵站將水源地的水抽入沉降池，讓水中大顆粒泥沙沉降下來。但是，水中一些細微的泥沙顆粒，特別是形成膠體狀的固體顆粒不易迅速沉降。為此，必須加入混凝劑。混凝劑可以使導致水體混濁的膠體物質失去穩定性，聚集並沉澱下來。水中天然膠體一般表面帶負電荷，同性電荷之間的排斥力使膠體顆粒不能聚集在一起。混凝劑是帶有較強正電荷的電解質，投加到水中以後電離產生的陽離子可以中和膠體的負電性，有利於膠體的聚集。
常用的混凝劑有明礬類，如硫酸鋁、三氯化鐵等。通過混凝劑形成的絮狀疏鬆的沉澱具有很強的吸附性，在自身迅速沉降的過程中，會攜帶周圍各種固體雜質一起沉澱下來。這樣就可在較短的時間內，讓混濁的水變成清澈透明的水。沉降池上部經過沉降的水還要經過砂濾。砂濾是採用直徑為1～2毫米的石英砂層對沉澱後的水進行過濾，把一些不能通過沉澱去除的顆粒物質截留在石英砂表面，使水變得更加澄清透明。
最後，水廠還要把水中的細菌，特別是大腸桿菌消滅掉——通常的方法是向水中通入氯氣。氯氣溶于水後會生成鹽酸和次氯酸。次氯酸是一種不穩定的化合物，會很快釋放出新生態氧。新生態氧的氧化能力極強，遇到有機物等立即和它們發生反應，細菌也不例外。所以，在自來水的處理過程中，主要起消毒殺菌作用的是氯氣。
上述處理方法是最傳統的自來水處理工藝。隨著水污染程度的加劇及人們對水質要求的提高，科學家在傳統工藝的基礎上又開發出許多新的工藝，並陸續投入到實踐中。例如，在沉澱、混凝、過濾後加入超濾膜處理工藝，利用孔徑約0.1微米的超濾膜過濾病原性微生物；或者加入臭氧和生物活性炭處理工藝，臭氧首先把水中大分子的有機物氧化為小分子，使之可以吸附到活性炭的表面，利用活性炭中的微生物再把小分子有機物降解為二氧化碳和水，以最大限度地去除水中的有機物，等等。好水來之不易，我們在使用自來水的時候，必須記住：要珍惜每一滴水！