通过氧化还原反应，使污水中的有毒物质转化为无毒或微毒物质。通过氧化还原反应，使污水中的大分子难降解有机物转化为小分子有机物，更容易微生物降解。通过氧化还原反应，使污水中的发色基团或助色基团破坏，达到脱色的目的。

氧化法氧化剂有臭氧、次氯酸盐、液氯、氧气等。例如用臭氧进行含酚污水的深度净化，用次氯酸盐处理含氰污水，用空气氧化法处理含硫污水等还原法常用的还原剂有硫酸亚铁、二氧化硫、铁碳、锌粉等。前二者常用于含铬污水中，使六价铬还原为三价铬。铁碳、锌粉可用于含汞污水处理，可使汞离子还原为金属汞。电解法用电解法处理污水，有直接电解法与间接电解法两种不同的工艺;前者是利用电极的作  用直接氧化或还原水中污染物，例如氧化除酚，还原除六价铬，后者先在电解槽内电解某种  电解质(如NaCl)，由其产生氧化剂(如Cl)，再氧化污水中污染物，例如用于处理含氰污水等。

利用化学氧化还原法处理污水时，氧化剂或还原剂的投加量都要高于理论量。因此，除了加强预处理尽量减少投加量外，需要经过试验确定实际投加量;使用氯氧化法处理含氰污水时，应在碱性条件下进行，这样一方面可以避免氰化物的挥发，另一方面也可以促进反应的尽快进行。用氯氧化氰化物的反应分两步进行，第一阶段将CN~氧化成氰酸盐CNO，反应要求pH值为10~11，反应时间需要10~15min。第二步破坏C-N键，将氰化物中的氮转化为氮气从水中释放出来，实现氰化物的完全氧化，反应要求pH值为8~8.5，反应时间需要30min左右