単純な沈殿やろ過の過程では、固体としての性質を持つ不要ないし有害な物質が取り除けるものの、水溶性の有害物質は除去できない。このため生化学的手段ないし化学処理によって、溶け込んでいる物質を凝固させて取り除く浄化を行い、最終的に塩素やオゾンといった有機物や化学物質と反応し易い物質を使って殺菌する工程を経て送水される。
ただし当然ながらその機能には物理的な限界があり、万が一処理可能な範囲を超えて異物や有害物質などが混入した場合処理することはできない。このため浄水場の多くでは、取水時と浄水施設の各段階における水に含まれる化学物質や微生物の監視を絶えず行っており、安全基準を超えるような問題が発生した場合には浄水施設の機能点検や管理強化、それでも対応できない場合には水の供給を止め（断水）、水質汚染の被害が拡散しないようにするための安全装置としての役目も担っている。
濾過池における処理方法の違いにより緩速濾過と急速濾過に分類できる。
処理過程.
一般的な急速ろ過方式を用いた浄水場の処理過程を以下に示す。
取水塔.
取水塔（しゅすいとう）のような取水施設によって、自然環境から水を浄水場に取り入れる。このように取水口から取水された水は「原水」（げんすい）と呼ばれる。
沈砂池.
原水には砂や土が含まれるため、沈砂池（ちんさち）に導いて緩やかな流れの途中で沈殿させることでそれらを取り除く。取水塔や沈砂池での原水の流れは自然な勾配によって作られる。
取水ポンプ.
沈砂池から流れてきた原水は、取水ポンプ（しゅすいポンプ）によって汲み上げられ、着水井へ向けて送水される。
着水井.
着水井（ちゃくすいせい）は、原水にとって浄水場での最初の水槽であり、送水されてきた勢いによる原水の圧力変化を抑えて、以降の過程へ向けて水位を一定に保つ役割を担う。
凝集剤注入設備.
凝集剤注入設備では、水に混ざっている細かい砂や土などを沈めるため、着水井から出た原水にポリ塩化アルミニウム等の凝集剤が注入される。
薬品混和池.
凝集剤が加えられた原水は、薬品混和池でよく混ぜられる。
フロック形成池.
フロック形成池では、凝集剤の混ざった原水をゆっくりと攪拌する。
「フロック」とは、それまで水に浮遊していた細かい砂や土などが、凝集剤の働きで寄り集まりかたまりとなったものである。