Kimyasal arıtım, atık sudaki çözünmüş ve kolloidal maddeleri uzaklaştırmak için kimyasal reaksiyonlara dayanan prosesleri içerir. Bu kapsamda
yöntemleri uygulanır. Kullanılan kimyasallar arasında alüminyum ve demir tuzları, kireç, pH düzenleyiciler, polielektrolitler, oksidasyon reaktifleri (H₂O₂, Ozon, aktif klor) bulunur. Özellikle yüksek KOİ, yağ–gres, ağır metal veya toksik madde içeren endüstriyel sularda kimyasal arıtım kritik bir rol oynar.
Bu teknikler sayesinde sudaki askıda katı maddeler çöktürülür, renk azaltılır, koku kontrol edilir ve biyolojik arıtmanın daha stabil çalışması sağlanır.