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Le traitement des eaux de surface s'effectue souvent en plusieurs étapes correspondant à différentes méthodes de filtration. L'adjonction de certains produits auxiliaires peut entraîner l'agglomération de particules minuscules en agrégats plus importants. Ceux-ci sont mieux retenus par les filtres. Cette méthode est appelée floculation.
Filtration rapide
La filtration rapide permet de séparer les particules de l'eau en les faisant traverser une couche de sable de quartz répartie dans des bacs ouverts ou des cuves fermées. La vitesse d'écoulement, très lente, est de l'ordre de plusieurs mètres par heure. Le principe s'inspire de l'épuration naturelle dans le sol.
Le nettoyage des contenants est assuré par un lavage à contre-courant avec de l'eau et/ou de l'air.
Filtration lente
La filtration lente retient aussi bien des matières particulaires que des germes microbiens et des substances biodégradables. Les couches filtrantes sont constitués de sable plus fin que pour le filtrage rapide, ce qui diminue fortement la vitesse d'écoulement. De telles installations requièrent par conséquent d'importantes surfaces. Les filtres lents fournissent de l'eau hygiéniquement irréprochable et exempte de matières solides.
Dans le cas de la filtration membranaire, l'eau est pressée à travers des membranes d'ultrafiltration très fines. On distingue la microfiltration, l'ultrafiltration et la nanofiltration. Les bactéries, parasites et virus ne sont certes pas tués, mais entièrement séparés de l'eau potable. La filtration membranaire est une méthode efficace, presque exempte de produits chimiques, donc très respectueuse de l'environnement.
L’anthracite ou le charbon de bois soumis à un traitement à la vapeur d'eau haute température entraîne la formation de charbon actif avec des pores microscopiques. Leur importante surface favorise l’adsorption de matières organiques comme les produits phytosanitaires. La filtration au charbon actif permet également l'élimination des micropolluants organiques.