Pagrindinis vandens valymo įrangos principas yra pašalinti arba transformuoti priemaišas, kenksmingas medžiagas ar ištirpusius teršalus žaliame vandenyje derinant fizinius, cheminius ir biologinius metodus, kad jis atitiktų naudojimo ar išleidimo standartus. Įvairūs procesai veikia skirtingais principais:
Fizinis apdorojimas: norint atskirti, pirmiausia priklauso nuo filtravimo, sedimentacijos ir perėmimo. Pavyzdžiui, filtruojant smėliu ir aktyvintosios anglies filtravimui naudojamos kietosios dalelės, skirtos adsorbuoti arba sulaikyti suspenduotas kietąsias medžiagas; Mikrofiltravimas, ultrafiltravimas ir atvirkštinis osmosas naudoja selektyvų membranų pralaidumą, kad būtų galima tiksliai atskirti vandens molekules ir teršalus. Šis procesas nepakeičia teršalų savybių, bet pašalina juos per fizines kliūtis.
Cheminis apdorojimas: per reakcijas pasiekiamas teršalų transformavimas arba pašalinimas. Pavyzdžiui, koaguliacijos procesuose naudojamos cheminės medžiagos koloidinėms dalelėms agreguoti į flokulius, kad būtų lengva nusėsti; oksidacijos procesai (pvz., ozono ir chloro dezinfekcija) gali sunaikinti organinių medžiagų struktūrą arba sunaikinti mikroorganizmus; jonų mainai naudoja dervas, kad pakeistų kalcio ir magnio jonus vandenyje, suminkštindami arba gėlindami. Šie metodai pabrėžia chemiškai skatinamą vandens kokybės gerinimą.
Biologinis apdorojimas: daugiausia priklauso nuo teršalų metabolinio skaidymo mikroorganizmų, pvz., aktyviojo dumblo proceso arba membraninio bioreaktoriaus proceso. Mikroorganizmai paverčia organinius teršalus į anglies dioksidą, vandenį ir kitas stabilias medžiagas, taip pasiekiamas nekenksmingas teršalų apdorojimas. Šis metodas plačiai naudojamas buitinių nuotekų ir organinių pramoninių nuotekų valymui.
Apibendrinant galima pasakyti, kad pagrindinis vandens valymo įrangos principas yra žingsnis{0}}po-pašalinti įvairių formų teršalus derinant technologijas, palaipsniui keičiant vandens kokybę iš „žaliavinio vandens“ į „naudotą vandenį arba reikalavimus atitinkantį išleidžiamą vandenį“.