Vedenkäsittelylaitteiden perusperiaate on poistaa tai muuttaa raakaveteen epäpuhtaudet, haitalliset aineet tai liuenneet epäpuhtaudet fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten menetelmien yhdistelmällä, jolloin se saatetaan täyttämään käyttö- tai päästöstandardit. Eri prosessit toimivat eri periaatteilla:
Fysikaalinen käsittely: Luottaa ensisijaisesti suodatukseen, sedimentaatioon ja sieppaamiseen erotuksen saavuttamiseksi. Esimerkiksi hiekkasuodatuksessa ja aktiivihiilisuodatuksessa käytetään hiukkasmaista väliainetta suspendoituneiden kiintoaineiden adsorboimiseen tai sieppaamiseen; mikrosuodatus, ultrasuodatus ja käänteisosmoosi hyödyntävät kalvojen selektiivistä läpäisevyyttä vesimolekyylien ja epäpuhtauksien hienon erottelun saavuttamiseksi. Tämä prosessi ei muuta saasteiden ominaisuuksia, vaan poistaa ne fyysisten esteiden kautta.
Kemiallinen käsittely: Saavutetaan saasteiden muuntaminen tai poistaminen reaktioiden kautta. Esimerkiksi koagulointiprosesseissa käytetään kemikaaleja aggregoimaan kolloidisia hiukkasia höytälöiksi helpottamaan laskeutumista; hapetusprosessit (kuten otsonin ja kloorin desinfiointi) voivat tuhota orgaanisen aineen rakenteen tai tappaa mikro-organismeja; ioninvaihto käyttää hartseja kalsium- ja magnesium-ionien vaihtamiseen vedessä, jolloin saavutetaan pehmeneminen tai suolanpoisto. Nämä menetelmät korostavat kemiallisesti ohjattua veden laadun parantamista.
Biologinen käsittely: perustuu ensisijaisesti saasteiden metaboliseen hajoamiseen mikro-organismien toimesta, kuten aktiivilieteprosessi tai kalvobioreaktoriprosessi. Mikro-organismit muuttavat orgaaniset epäpuhtaudet hiilidioksidiksi, vedeksi ja muiksi pysyviksi aineiksi saavuttaen siten saasteiden vaarattoman käsittelyn. Tätä menetelmää käytetään laajalti kotitalousjäteveden ja orgaanisen teollisuusjäteveden käsittelyssä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vedenkäsittelylaitteiden perusperiaatteena on saavuttaa eri muodoissa olevien epäpuhtauksien vaiheittainen--poisto tekniikoiden yhdistelmällä, jolloin veden laatu muuttuu asteittain "raakavedestä" "käyttökelpoiseksi vedeksi tai vaatimustenmukaiseksi poistovedeksi".