Prieš šalinant nuotekas, naudojami įvairūs nuotekų valymo proceso metodai. Tikslas yra užkirsti kelią bet kokio vandens užteršimui rekreacinėse zonose arba vandentiekiuose, kai išvalytos nuotekos išleidžiamos. Dažniausiai nuotekos valomos nepertraukiamo srauto metu cheminiu nuotekų valymu arba fiziniais ar biologiniais metodais. Šie metodai ir skirtingi valymo etapai vyksta nuotekų valymo įrenginiuose, įrenginiuose, skirtuose dideliems vandens kiekiams tvarkyti ir saugiai šalinti atliekų junginius.
Fizinis nuotekų valymo procesas neprideda jokių cheminių komponentų ar biologinės medžiagos vandeniui valyti. Vandenį galima filtruoti, kad būtų galima filtruoti didelius objektus. Jis taip pat gali būti apdorojamas sedimentacijos būdu, kurio metu kietosios medžiagos nusėda į dugną, veikiamos gravitacijos. Tada vanduo, kuriame nėra kietų dalelių, gali būti pašalintas. Kiti fiziniai procesai apima oro pridėjimą, kad į nuotekas būtų tiekiamas deguonis, o vanduo taip pat gali būti praleistas per filtrą, kad būtų pašalintos kietos medžiagos.
Kitas nuotekų valymo būdas – naudoti chemines medžiagas, tokias kaip chloras, kuris naikina bakterijas, taip pat ozoną. Šios cheminės medžiagos padeda oksiduoti vandenį, naikinti bet kokius patogenus ir sulėtinti skilimo tempą. Į mišinį taip pat galima pridėti rūgšties arba bazės, kad būtų neutralizuotas nuotekų pH, o koaguliuojančios cheminės medžiagos reaguoja su vandenyje esančiomis medžiagomis, kad jas būtų lengviau pašalinti. Nuotekų valymo procese dažnai derinami cheminiai ir fiziniai metodai, pavyzdžiui, kai organinėms medžiagoms pašalinti naudojama aktyvuota anglis.
Biologiniam nuotekų valymui gali būti naudojami bakterijos ir kiti mikroorganizmai. Jie skaido kitas nuotekose esančias biologines medžiagas ir, priklausomai nuo deguonies lygio vandenyje, gali būti atliekami aerobiniai arba anaerobiniai nuotekų valymo būdai. Organinės ir neorganinės kietosios dalelės taip pat gali būti pašalintos kaip nuotekų valymo dumblas.
Kiekvienas nuotekų valymo procesas tarnauja tam tikram tikslui ir naudojami skirtingi procesai, priklausomai nuo valymo etapo. Fiziniai procesai dažnai naudojami išankstiniam apdorojimui, kai naudojami sijojimo, pjaustymo ir smulkinimo įrenginiai. Pirminis apdorojimas apima fizikinius ir cheminius procesus ir labiau priklauso nuo didelių rezervuarų. Biologinis nuotekų valymas paprastai naudojamas antriniam valymui, o fiziniai metodai arba cheminės medžiagos naudojamos pažangesnėse nuotekų valymo proceso stadijose. Nuotekos paprastai valomos keliais etapais, kuriuose derinami įvairūs fiziniai, cheminiai ir biologiniai metodai.