Faits:
A. Z._ est propriétaire de la parcelle n° 601 du registre foncier de la commune de Belmont-sur-Yverdon. D'une surface de 3'450 m2, ce bien-fonds est sis en zone à bâtir (zone de village). Il est relié au domaine public par un chemin d'environ 60 m, qui emprunte le tracé d'une servitude de passage "à pied, bétail et tous véhicules" n° 126'852 grevant notamment les parcelles nos 159, 522 et 625.
En mars 2008, Z._ a déposé trois demandes de permis de construire relatives à la parcelle n° 601. Le premier projet vise à construire deux habitations jumelles et six places de stationnement sur la parcelle n° 601A. Les deux autres projets consistent à bâtir deux habitations individuelles avec chacune trois places de stationnement sur les parcelles n° 601B et 601C, promises-vendues respectivement aux sociétés Y._ et X._. Il est prévu que chaque construction sera pourvue d'un collecteur des eaux "en séparatif", les deux canalisations s'embranchant ensuite au réseau unitaire de la commune.
Mis à l'enquête publique du 4 juin au 3 juillet 2008, ces projets ont suscité les oppositions de A._, propriétaire de la parcelle n° 61, B._, propriétaire de la parcelle n° 522, C._, propriétaire des parcelles nos 57 et 159 et de F._, propriétaire de la parcelle n° 625, que D._ et E._ ont acquise par la suite. Les opposants, dont les bien-fonds précités sont tous situés dans le voisinage immédiat de la parcelle n° 601, invoquaient notamment un problème d'accès et la non-conformité du système d'évacuation des eaux. Par décision du 19 août 2008, la Municipalité de Belmont-sur-Yverdon a levé les oppositions et délivré les autorisations requises.
B. A._, B._ et C._ ainsi que F._ ont recouru contre cette décision auprès du Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public (ci-après: le Tribunal cantonal), qui a rejeté leur recours par arrêt du 6 mai 2009. En substance, cette autorité a considéré que l'art. 19 de la loi sur l'aménagement du territoire du 22 juin 1979 (LAT; RS 700) n'était pas respecté, car la parcelle n° 601 n'était pas raccordée à un système d'évacuation des eaux respectant les exigences légales, à savoir un système permettant la séparation des eaux claires et des eaux usées. Le Tribunal cantonal a toutefois considéré qu'un refus du permis de construire pour ce motif ne serait pas conforme au principe d'égalité et à la garantie de la propriété sous l'angle de la proportionnalité. Par ailleurs, les juges cantonaux ont constaté que l'accès à la parcelle litigieuse était adéquat et suffisant et qu'il reposait sur le titre juridique exigé par l'art. 104 al. 3 de la loi cantonale du 4 décembre 1985 sur l'aménagement du territoire et les constructions (LATC; RSV 700.11).
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._, B._ et C._ ainsi que D._ et E._ demandent au Tribunal fédéral de réformer cet arrêt en ce sens que les autorisations de construire délivrées le 19 août 2008 sont annulées, subsidiairement d'annuler cet arrêt et de renvoyer la cause au Tribunal cantonal pour nouvelle décision. Ils se plaignent notamment d'une violation des art. 19 et 22 al. 2 let. b LAT et des art. 7 et 12 de la loi du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux; RS 814.20). Le Tribunal cantonal conclut au rejet du recours, sans toutefois formuler d'observations. Les sociétés X._, Y._ et Z._ ne se sont pas déterminées. Au terme de ses observations, la Commune de Belmont-sur-Yverdon conclut au rejet du recours, dans la mesure de sa recevabilité. L'Office fédéral de l'environnement a également présenté des observations.

Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision rendue dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire, le recours est recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss de la loi sur le Tribunal fédéral (LTF; RS 173.110) auxquels renvoie l'art. 34 al. 1 LAT (<ref-ruling> consid. 2 p. 356, 249 consid. 1.2 p. 251). Aucune des exceptions prévues à l'<ref-law> n'est réalisée. Les recourants ont pris part à la procédure de recours devant le Tribunal cantonal, sauf D._ et E._, dont on suppose qu'ils ont acquis la parcelle de F._ au terme de cette procédure. Cette question peut toutefois demeurer indécise, les autres recourants ayant la qualité pour agir au sens de l'<ref-law>. Ils sont en effet particulièrement touchés par l'arrêt attaqué, qui confirme l'autorisation de construire quatre maisons d'habitation sur une parcelle directement voisine de leurs bien-fonds et dont l'accès se fera en partie au travers de ceux-ci. Pour le surplus, interjeté en temps utile et dans les formes requises contre une décision finale prise en dernière instance cantonale non susceptible de recours devant le Tribunal administratif fédéral, le recours est recevable au regard des art. 42, 86 al. 1 let. d, 90 et 100 al. 1 LTF.
2. A l'appui de leurs griefs, les recourants invoquent notamment l'art. 104 al. 3 LATC. La violation du droit cantonal ne constitue toutefois pas un motif de recours, sauf dans les cas prévus par l'art. 95 let. c à e LTF, qui n'entrent pas en considération en l'espèce. Elle ne peut dès lors être invoquée que si elle constitue également une atteinte au droit fédéral au sens de l'<ref-law> ou au droit international au sens de l'<ref-law>. L'atteinte au droit fédéral peut notamment résulter du fait que le droit cantonal a été appliqué de façon arbitraire, ce que le recourant doit démontrer conformément aux exigences déduites des art. 42 al. 2 et 106 al. 2 LTF (<ref-ruling> consid. 1.2.1 et 1.4.2 p. 251 ss et les références). Une telle démonstration faisant défaut en l'occurrence, le recours sera examiné uniquement à l'aune des dispositions de droit fédéral invoquées.
3. Dans un premier grief, les recourants soutiennent que les autorisations de construire litigieuses ne pouvaient pas être délivrées, car la parcelle n° 601 n'était pas équipée conformément aux exigences de l'art. 19 LAT, en relation avec les art. 7 et 12 LEaux.
3.1 Conformément à l'art. 22 al. 2 let. b LAT, l'autorisation de construire n'est délivrée que si le terrain est équipé. A teneur de l'art. 19 al. 1 LAT, un terrain est réputé équipé lorsqu'il est desservi d'une manière adaptée à l'utilisation prévue par des voies d'accès et par des conduites auxquelles il est possible de se raccorder sans frais disproportionnés pour l'alimentation en eau et en énergie, ainsi que pour l'évacuation des eaux usées. Il découle des art. 7 et 12 al. 3 LEaux que les eaux claires doivent en principe être séparées des eaux polluées. Les eaux polluées doivent en effet être traitées (<ref-law>) alors que les eaux non polluées doivent en règle générale être évacuées par infiltration, si les conditions locales le permettent (<ref-law>). Quant aux eaux non polluées dont l'écoulement est permanent, elles ne doivent en principe pas être conduites à une station centrale d'épuration (<ref-law>).
3.2 En l'espèce, l'évacuation des eaux claires par infiltration n'étant pas possible, le Tribunal cantonal a estimé que l'aménagement d'un système séparatif des eaux usées et des eaux claires s'imposait en application des dispositions susmentionnées. La parcelle n° 601 n'étant pas reliée à un tel système, les juges cantonaux ont constaté que ce bien-fonds n'était pas équipé conformément aux exigences de l'art. 19 LAT. Ils ont toutefois considéré que les autorisations de construire requises devaient être délivrées, pour des motifs liés au respect de la garantie de la propriété - sous l'angle de la proportionnalité - et au principe de l'égalité de traitement.
3.2.1 De manière générale, il n'est pas exclu que des droits fondamentaux puissent s'opposer à une application stricte du droit matériel, en particulier si celle-ci leur cause une atteinte disproportionnée. Dans l'examen de cette question, il convient de prendre en compte tous les intérêts en présence et de s'assurer que les principes majeurs de l'aménagement du territoire et de la protection de l'environnement ne soient pas compromis. Par ailleurs, l'art. 19 LAT comporte des notions indéterminées, qui doivent s'interpréter en tenant compte du principe de la proportionnalité (cf. ANDRÉ JOMINI, in Commentaire LAT, 2009, n. 11 ad art. 19 LAT et les références). Ainsi, même si les conditions des art. 19 et 22 LAT n'apparaissent pas réunies, le juge conserve un certain pouvoir d'appréciation et doit procéder à une pesée des intérêts en présence (cf. ALEXANDER RUCH, in Commentaire LAT, 2009, Introduction n. 25; BERNHARD WALDMANN/PETER HÄNNI, Raumplanungsgesetz, 2006, n. 10 ad art. 19 LAT et les références).
3.2.2 Le Tribunal cantonal a procédé à cette pesée des intérêts. Il a constaté qu'il existait un intérêt public incontestable à ce que les eaux soient traitées conformément aux exigences fixées par la législation en matière de protection des eaux, mais que cet intérêt ne justifiait pas de rendre inconstructible tous les bien-fonds qui ne seraient pas reliés actuellement à un système de canalisations en séparatif. Les représentants du Service des eaux, sols et assainissement du canton de Vaud avaient en outre déclaré que la station d'épuration concernée fonctionnerait correctement aussi longtemps que des sources d'eaux claires permanentes ne s'y déverseront pas. Les juges cantonaux en ont déduit que l'impact environnemental lié à la connection de quatre logements supplémentaires au système unitaire apparaissait relativement limité. De plus, un plan général d'évacuation des eaux prévoyant le raccordement à un nouveau collecteur était en cours d'élaboration, de sorte que la situation devrait être régularisée dans les prochaines années. Par ailleurs, les constructeurs avaient prévu d'installer deux canalisations distinctes pour les eaux claires et les eaux usées, si bien qu'ils avaient respecté leurs obligations en matière d'équipement (cf. art. 11 de l'ordonnance du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux [OEaux; RS 814.201]). Enfin, leur refuser le permis de construire serait problématique du point de vue de l'égalité de traitement au sens de l'art. 8 Cst., dès lors que de nombreuses constructions du village sont reliées au système d'évacuation unitaire, ce qui serait également le cas dans de nombreuses autres communes. Un tel refus porterait donc une atteinte disproportionnée à leur droit de propriété.
3.3 Les recourants contestent cette appréciation en remettant partiellement en cause les éléments de fait sur lesquels s'est fondé le Tribunal cantonal, à savoir l'impact de l'écoulement des eaux claires vers la station d'épuration et la portée du plan général d'évacuation des eaux en cours d'élaboration. Ils ne démontrent cependant pas une constatation arbitraire des faits à cet égard, de sorte que le Tribunal fédéral doit statuer sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 4.3 p. 62; <ref-ruling> consid. 1.4.3 p. 254 s.).
3.3.1 En l'occurrence, le Tribunal cantonal ne saurait être suivi lorsqu'il confirme les autorisations de construire en se fondant sur l'égalité de traitement, au motif que de nombreuses constructions existantes seraient reliées à un système d'évacuation des eaux unitaire. En effet, il n'est pas admissible d'éluder l'application de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire en invoquant le fait que les constructions érigées avant son entrée en vigueur n'étaient pas soumises aux mêmes exigences.
3.3.2 En revanche, compte tenu des circonstances rappelées ci-dessus, on peut admettre que la pesée des intérêts effectuée par le Tribunal cantonal est conforme au droit fédéral. Il convient d'abord de relever que la situation insatisfaisante qui prévaut actuellement apparaît temporaire, les juges cantonaux ayant retenu que le plan d'évacuation des eaux en cours d'élaboration permettrait de la régulariser dans les prochaines années. Cette situation n'est au demeurant aucunement imputable aux constructeurs, qui ont rempli leurs obligations en matière d'équipement. De plus, il n'apparaît pas que l'écoulement (non permanent) des eaux claires émanant des constructions litigieuses dans la canalisation unitaire soit susceptible de compromettre le fonctionnement de la station d'épuration. Enfin, comme le relève l'Office fédéral de l'environnement, la loi fédérale sur les eaux n'impose pas de délai pour la mise en séparatif des eaux claires dont l'écoulement n'est pas permanent. En effet, le délai de quinze ans institué par l'<ref-law> ne vaut que pour les eaux non polluées à écoulement permanent (<ref-law>) qui diminuent l'efficacité de la station d'épuration. Le législateur a donc considéré que ce risque de surcharge des stations d'épuration justifiait d'imposer la mise en séparatif dans un délai déterminé pour les eaux à écoulement permanent. S'il ne l'a pas fait pour les eaux de ruissellement ou les eaux claires pluviales qui ne s'écoulent pas de manière permanente, on peut en déduire que l'intérêt public à la mise en séparatif a été jugé moins impérieux dans ce cas, même si ce système est souhaitable et qu'il devrait être adopté pour les nouvelles installations ou lors de travaux d'assainissement (cf. HANS W. STUTZ, Schweizerisches Abwasserrecht, 2008, p. 128 s.; Message du 29 avril 1987 concernant l'initiative populaire "pour la sauvegarde de nos eaux" et la révision de la loi fédérale sur la protection des eaux, FF 1987 II 1081, commentaire de l'<ref-law> p. 1192). L'Office fédéral de l'environnement en conclut que, dans le cas présent, l'octroi des permis de construire litigieux ne viole pas le droit fédéral sur la protection des eaux.
Dans ces conditions particulières, l'intérêt public lié à la protection des eaux n'apparaît pas suffisamment important pour rendre la parcelle des intimés totalement inconstructible, ce qui constituerait une atteinte significative à la garantie de la propriété. En définitive, compte tenu des particularités du cas d'espèce, la pesée des intérêts ressortant de l'arrêt attaqué peut être confirmée, si bien que ce premier moyen doit être rejeté.
4. Les recourants se plaignent également d'une violation des art. 19 et 22 LAT en relation avec une prétendue insuffisance des voies d'accès à la parcelle n° 601.
4.1 Selon l'art. 19 al. 1 LAT, un terrain est équipé lorsqu'il est desservi d'une manière adaptée à l'utilisation prévue par des voies d'accès. Une voie d'accès est adaptée à l'utilisation prévue lorsqu'elle est suffisante d'un point de vue technique et juridique pour accueillir tout le trafic de la zone qu'elle dessert (<ref-ruling> consid. 3a p. 68 et les arrêts cités). Il faut aussi que la sécurité des usagers soit garantie sur toute sa longueur, que le revêtement soit adéquat en fonction du type de véhicules qui vont l'emprunter, que la visibilité et les possibilités de croisement soient suffisantes et que l'accès des services de secours (ambulance, service du feu) et de voirie soit assuré (arrêts 1C_221/2007 du 3 mars 2008 consid. 7.2; 1P.115/1992 du 6 mai 1993 consid. 4 publié in ZBl 95/1994 p. 89 et les références). Enfin, son utilisation ne doit pas provoquer de nuisances incompatibles avec les exigences de la loi fédérale sur la protection de l'environnement et de ses ordonnances d'exécution (<ref-ruling> consid. 2 p. 241 et l'arrêt cité). Les autorités communales et cantonales disposent en ce domaine d'un important pouvoir d'appréciation, que le Tribunal fédéral doit respecter (<ref-ruling> consid. 3a in fine p. 68; <ref-ruling> consid. 4 p. 373). Elles peuvent également se fonder sur les normes édictées en la matière par l'Union des professionnels suisses de la route, étant précisé que ces normes doivent être appliquées en fonction des circonstances concrètes et en accord avec les principes généraux du droit, dont celui de la proportionnalité (arrêts 1C_157/2008 du 10 juillet 2008 consid. 2.1; 1P.40/2004 du 26 octobre 2004 consid. 3.2.1; P.124/1977 du 15 novembre 1978 consid. 3b publié in ZBl 80/1979 p. 223 et les références; ANDRÉ JOMINI, op.cit., n. 18 ss ad art. 19; PIERMARCO ZEN-RUFFINEN/CHRISTINE GUY-ECABERT, Aménagement du territoire, construction expropriation, 2001, p. 324 ss).
4.2 L'aptitude d'une voie d'accès à assurer la desserte d'une parcelle ou d'un quartier dépend ainsi de nombreux éléments qui varient dans chaque cas. En l'occurrence, le Tribunal cantonal a procédé à une inspection locale, au cours de laquelle il a constaté que le chemin litigieux était rectiligne, qu'il ne posait pas de problème de visibilité et que le débouché sur la route n'était "pas constitutif de dangers particuliers". Il s'est en outre fondé sur les normes de l'Union des professionnels suisses de la route, pour constater que le chemin litigieux est un chemin d'accès au sens de la norme SN 640 045, à savoir une route desservant "de petites zones habitées jusqu'à 30 unités de logement". Selon cette norme, une route de cette catégorie est en fait "un chemin piétonnier, prévu pour être occasionnellement parcouru par des véhicules à moteur et dont la superstructure est dimensionnée en conséquence". Le Tribunal cantonal en a conclu que l'accès existant était adéquat et suffisant pour desservir les nouvelles constructions.
Les recourants ne remettent pas en cause cette appréciation de façon convaincante. Ils allèguent que le chemin ne sera pas en mesure d'accueillir le trafic supplémentaire qui sera généré par les nouvelles constructions et que l'état du chemin et la mauvaise visibilité seraient constitutives de nombreux dangers. Ils n'étayent cependant pas ces allégations et ils ne démontrent pas en quoi les faits constatés à cet égard auraient été établis de façon arbitraire. Quant aux critiques relatives à l'art. 104 al. 3 LATC, elles n'ont pas à être examinées dans le cadre du présent recours (cf. supra consid. 2). Pour le surplus, l'examen des juges cantonaux apparaît conforme à la jurisprudence susmentionnée, étant rappelé que les autorités cantonales disposent en ce domaine d'un important pouvoir d'appréciation. Faute d'éléments permettant de douter de son bien-fondé, il y a donc lieu de confirmer cette appréciation, qui repose sur une norme pertinente et sur une inspection des lieux. Ce grief doit donc lui aussi être rejeté.
5. Il s'ensuit que le recours doit être rejeté, dans la mesure de sa recevabilité. Les recourants, qui succombent, doivent supporter les frais de la présente procédure (<ref-law>). Il n'est pas alloué de dépens aux intimés, qui ne sont pas assistés d'un avocat et qui ne se sont pas déterminés (art. 68 al. 1 et 2 LTF). De même, il n'est pas alloué de dépens à la Commune de Belmont-sur-Yverdon, la pratique qui prévalait en matière de recours de droit public et qui consistait à allouer des dépens aux collectivités ne disposant pas d'une infrastructure administrative et juridique suffisante pour procéder sans l'assistance d'un avocat ayant été abandonnée (<ref-law>; <ref-ruling> consid. 7 p. 119).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté, dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Il n'est pas alloué de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, aux intimés, au mandataire de la Commune de Belmont-sur-Yverdon, au Service des eaux, sols et assainissement et au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, ainsi qu'à l'Office fédéral de l'environnement.
Lausanne, le 1er février 2010
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Féraud Rittener