העיקרון הבסיסי של ציוד לטיפול במים הוא הסרה או הפיכת זיהומים, חומרים מזיקים או מזהמים מומסים במים גולמיים באמצעות שילוב של שיטות פיזיקליות, כימיות וביולוגיות, ולהביא אותו לעמוד בתקני שימוש או הזרמה. תהליכים שונים פועלים על פי עקרונות שונים:
טיפול פיזי: מסתמך בעיקר על סינון, שיקוע ויירוט כדי להשיג הפרדה. לדוגמה, סינון חול וסינון פחם פעיל משתמשים במדיה חלקיקית כדי לספוח או ליירט מוצקים מרחפים; מיקרו סינון, אולטרה סינון ואוסמוזה הפוכה מנצלים את החדירות הסלקטיבית של הממברנות כדי להשיג הפרדה עדינה של מולקולות מים ומזהמים. תהליך זה אינו משנה את תכונות המזהמים אלא מסיר אותם באמצעות מחסומים פיזיים.
טיפול כימי: משיג טרנספורמציה או הסרה של מזהמים באמצעות תגובות. לדוגמה, תהליכי קרישה משתמשים בכימיקלים כדי לצבור חלקיקים קולואידים לפלקים לשקיעה קלה; תהליכי חמצון (כגון חיטוי אוזון וכלור) יכולים להרוס את המבנה של חומר אורגני או להרוג מיקרואורגניזמים; החלפת יונים משתמשת בשרף כדי להחליף יוני סידן ומגנזיום במים, להשגת ריכוך או התפלה. שיטות אלו מדגישות שיפור איכות המים המונע כימית.
טיפול ביולוגי: מסתמך בעיקר על הפירוק המטבולי של מזהמים על ידי מיקרואורגניזמים, כגון תהליך בוצה פעילה או תהליך ביוריאקטור ממברנה. מיקרואורגניזמים ממירים מזהמים אורגניים לפחמן דו חמצני, מים וחומרים יציבים אחרים, ובכך משיגים טיפול בלתי מזיק במזהמים. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב בטיפול בשפכים ביתיים ובשפכים תעשייתיים אורגניים.
לסיכום, עקרון הליבה של ציוד לטיפול במים הוא השגת הצעדים-אחרי-הסרה של מזהמים בצורות שונות באמצעות שילוב של טכנולוגיות, תוך שינוי הדרגתי של איכות המים מ"מים גולמיים" ל"מים שימושיים או מי הזרמה תואמים".