Existem muitos métodos diferentes de filtragem de água industrial, com diferentes tipos sendo usados em diferentes indústrias. Quase todos os métodos podem ser categorizados em duas categorias: purificação de água ou filtragem de água. Os sistemas de filtragem de água são a variedade mais comumente usada de filtragem de água industrial, uma vez que a maioria das águas residuais não é resultado de um processo químico. Alguns dos diferentes tipos de filtragem de água industrial incluem remoção geral de sólidos, escumação e uso de filtros. A purificação de águas residuais geralmente inclui oxidação, destilação e osmose reversa.
As águas residuais podem ser compostas por muitos contaminantes diferentes que as tornam inseguras para consumo ou uso, como bactérias nocivas, depósitos minerais, produtos químicos ou, em muitos casos, resíduos humanos e animais. Este último tem sua própria subcategoria conhecida como esgoto, que é uma das formas de águas residuais mais frequentemente processadas e tratadas. As estações de tratamento de esgoto usam processos de filtração e purificação para produzir resíduos de "lodo" usados para fins de fertilização e resíduos líquidos ecológicos, respectivamente.
A retirada de sólidos da água pode ser relativamente simples, nada mais é do que a sedimentação, uma forma de filtragem básica onde os sólidos entram em contato com uma barreira por onde a água pode passar, como uma membrana - sendo necessária. Isso é útil para remover sólidos maiores, como pedras de tamanhos variados, lama ou, em alguns casos, areia. A remoção de resíduos sólidos pode se tornar difícil, no entanto, quando os contaminantes são muito pequenos ou têm pouco efeito na densidade do efluente. Por isso, outras formas de filtração são empregadas, como o uso de filtros e membranas muito finas, além de outras técnicas como a floculação, processo químico em que partículas menores são suspensas em um líquido na forma de flocos.
Outra forma de filtração de água industrial envolve a remoção de óleo e graxa, o que é feito por meio de um processo conhecido como escumação. Como o óleo e a graxa não podem se ligar ou se misturar com a água, eles flutuam para o topo, permitindo que um skimmer acoplado a uma bomba remova o óleo da superfície, resultando em água limpa. O tipo mais comum de dispositivo de escumação é o separador óleo-água da American Petroleum Industry (API), que é projetado de acordo com os padrões API com o objetivo de remover óleo e graxa da água. Embora um dispositivo de escumação possa remover a quantidade desejada de óleo, algumas situações exigem que a água passe por uma filtragem ou processo químico para torná-la o mais pura possível.
Uma das formas mais comuns de filtração de água é conhecida como filtração lenta de areia, onde a água não purificada passa por várias camadas de areia e sedimento, cada uma com um nível diferente de grossura. A água começa na camada superior, que é a mais grossa de todas as camadas, e normalmente consiste em cascalho. À medida que a água desce de camada para camada, os contaminantes físicos de tamanhos diferentes são naturalmente removidos. O nível mais inferior é a camada mais fina e filtra a grande maioria dos pequenos objetos. Após este processo, a água é quase totalmente pura.
Os métodos de filtragem nem sempre podem filtrar tudo, pois alguns contaminantes são muito pequenos ou, em outros casos, ligados quimicamente à água. Como resultado, métodos de purificação de água são freqüentemente empregados após a filtração. Uma forma amplamente utilizada de purificação de água é a destilação, em que um líquido é evaporado e depois condensado em um recipiente separado. Isso não apenas mata quaisquer bactérias ou parasitas da mesma forma que um processo de fervura, mas também remove completamente os contaminantes sólidos, como sal, sujeira e outros depósitos.