Pirms notekūdeņu novadīšanas tiek izmantotas dažādas notekūdeņu attīrīšanas procesa metodes. Mērķis ir novērst jebkāda ūdens piesārņošanu atpūtas zonās vai ūdens apgādē pēc attīrīto notekūdeņu noplūdes. Lielāko daļu laika notekūdeņus attīra nepārtrauktas plūsmas procesā vai nu ar ķīmisku notekūdeņu attīrīšanu, vai ar fizikālām vai bioloģiskām metodēm. Šīs metodes un dažādi attīrīšanas posmi notiek notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, iekārtās, kas paredzētas liela ūdens daudzuma apstrādei un atkritumu savienojumu drošai apglabāšanai.
Fiziskā notekūdeņu attīrīšanas procesā ūdens attīrīšanai netiek pievienotas nekādas ķīmiskas sastāvdaļas vai bioloģisks materiāls. Ūdeni var izsijāt, lai izfiltrētu lielus priekšmetus. To var apstrādāt arī ar sedimentācijas palīdzību, kuras laikā cietās vielas gravitācijas ietekmē nosēžas dibenā. Pēc tam ūdeni, kurā nav cietvielu, var noņemt. Citi fizikāli procesi ietver gaisa pievienošanu, lai notekūdeņos nodrošinātu skābekli, un ūdeni var arī izlaist caur filtru, lai atbrīvotos no cietajiem materiāliem.
Vēl viens veids, kā attīrīt notekūdeņus, ir izmantot ķīmiskas vielas, piemēram, hloru, kas nogalina baktērijas, kā arī ozonu. Šīs ķīmiskās vielas kalpo, lai oksidētu ūdeni, iznīcinātu visus patogēnus un palēninātu sadalīšanās ātrumu. Maisījumam var pievienot arī skābi vai bāzi, lai neitralizētu notekūdeņu pH, savukārt koagulējošās ķimikālijas reaģē ar ūdenī esošajiem materiāliem, lai tos būtu vieglāk noņemt. Notekūdeņu attīrīšanas procesā bieži tiek apvienotas ķīmiskās un fizikālās metodes, piemēram, ja organisko vielu atdalīšanai izmanto aktivēto ogli.
Notekūdeņu bioloģiskajā attīrīšanā var izmantot baktēriju un citus mikroorganismus. Tie sadala citus notekūdeņos esošos bioloģiskos materiālus un atkarībā no skābekļa līmeņa ūdenī var veikt aerobās vai anaerobās notekūdeņu attīrīšanas metodes. Organiskās un neorganiskās cietās vielas var noņemt arī kā notekūdeņu attīrīšanas dūņas.
Katrs notekūdeņu attīrīšanas process kalpo savam mērķim, un atkarībā no attīrīšanas stadijas tiek izmantoti dažādi procesi. Iepriekšējā apstrādē bieži tiek izmantoti fiziskie procesi, kas ietver sijāšanas, griešanas un smalcināšanas ierīču izmantošanu. Primārā apstrāde ietver fizikālos un ķīmiskos procesus, un tā ir vairāk atkarīga no lielām tvertnēm. Bioloģiskā notekūdeņu attīrīšana parasti ir metode, ko izmanto otrreizējai attīrīšanai, un fizikālās metodes vai ķīmiskās vielas tiek izmantotas notekūdeņu attīrīšanas procesa progresīvākos posmos. Notekūdeņus parasti attīra vairākos posmos, kas apvieno dažādas fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās metodes.