Onder waterzuivering wordt het zuiveren van een waterstroom verstaan. Het verbeteren van de waterkwaliteit kan voor afvalwater, drinkwater of proceswater.
Bij afvalwater gaat de waterzuivering veelal om het ontdoen van schadelijke stoffen uit het water. Zuivering van afvalwater vindt centraal- of decentraal plaats.
Met behulp van een aerobe en een anaerobe waterzuivering kunnen schadelijke stoffen uit afvalwater verwijderd worden.
Voor hergebruik van afvalwater kan ultrafiltratie toegepast worden.

Waterzuivering kan ook de bereiding van drinkwater zijn, door oppervlaktewater, grondwater of zeewater te zuiveren kan drinkwater gecreëerd worden. In Nederland zijn 10 drinkwaterbedrijven die met behulp van diverse methoden water zuiveren. De waterzuivering is sterk afhankelijk van de regio. Langs de kunstlijn wordt drinkwater bereid vanuit duinwater en oppervlaktewater. Evides heeft in de regio Rotterdam waterzuivering waarmee water uit de Maas wordt behandeld tot drinkwater. Voor het grootste gedeelte van Nederland is grondwater de basis voor de waterzuivering.

Waterzuivering ten behoeve van proceswater kan verschillende redenen hebben. Voorbeeld is het hergebruiken van afvalwater ten behoeve van koelwater. Ook de waterzuivering van oppervlaktewater ten behoeve van een proceswaterstroom is veel toegepast.

De verschillende stappen van waterzuivering zijn:

Voorfiltratie: Bij deze stap van waterzuivering worden grove delen uit het water gefilterd. Door met verschillende filtermedia in de range van 100 tot 1 micron water te behandelen wordt de waterkwaliteit verbeterd en voorbereid voor overige stappen waterbehandeling

Microfiltratie: Hier worden fijnere delen en bacteriën tot een grote van 0,2 micron afgevangen. Deze vorm van waterzuivering kan uitgevoerd worden met verschillende soorten filtermedia

Ionenwisselaars: Met behulp van geladen bolletjes hars kan de samenstelling van water veranderen. Deze vorm van waterzuivering is met name van toepassing voor het veranderen van mineralen. Een voorbeeld is ontharding

Actief Kool: Actief kool heeft de eigenschap dat het water ontdoet van geur- kleur en smaakstoffen door deze op te nemen. Door water door of langs een bed van actief kool te laten stromen met de juiste contacttijd kan dit een effectieve vorm van waterzuivering vormen. Actief kool wordt zowel grootschalig toegepast bij de bereiding van drinkwater als kleinschalig om chloor uit water te verwijderen.

Koper- zilver ionisatie: Met behulp van koper- zilver ionisatie worden met behulp van electrolyse koper en zilver ionen toegevoegd aan water. Deze ionen hebben een afdodende werking en zijn in specifieke situaties effectief als waterzuivering.

Slib: Een slibbed is een natuurlijke vorm van waterzuivering, door water door een slibbed te laten stromen kunnen chemische componenten zoals medicijnresten uit het water verwijderd worden. Slibbedden worden met name veel toegepast voor afvalwaterzuivering

UV: Ultraviolet, deze vorm van licht heeft een afdodende werking voor bacteriën door water door een reactor met een UV lamp te laten stromen kunnen bacteriën worden afgedood. UV wordt veel toegepast in combinatie met ander vormen van waterzuivering, bijvoorbeeld voorfiltratie.