Xử lý nước thải bằng hóa chất là một công đoạn trong toàn bộ quy trình xử lý nước thải, và được áp dụng ở hầu hết tất cả các nhà máy xử lý nước thải nhằm làm tăng chất lượng nước xả ra môi trường và bảo đảm điều kiện sống tối ưu cho vi khuẩn.

Việc lựa chọn các phương pháp hóa chất để sử dụng tùy thuộc vào yêu cầu của nước thải sau xử lý và chủ yếu bao gồm phương pháp kết tủa sử dụng hóa chất để loại bỏ các chất có chứa phốt-pho và trung hòa độ pH. Các phương pháp khác bao gồm thêm một nguồn carbon ngoài, nếu lượng carbon có hạn, dùng cho quá trình biến đổi sinh học từ nitrat thành ni-tơ.

Do bản chất ăn mòn của nhiều loại hóa chất được sử dụng, cần thiết kế một trạm định lượng theo các loại hóa chất nhất định. Yêu cầu này cần thực hiện theo các quy trình an toàn có liên quan, cũng như theo thiết kế của kho chứa hóa chất, bơm định lượng, bơm trộn và đường ống.