กระบวนการกรองน้ำเกี่ยวข้องกับการปล่อยให้น้ำไหลผ่านวัสดุกรองบางชนิดหรือในบางกรณีการใช้แรงดันเพื่อบังคับให้น้ำไหลผ่าน การกรองสามารถกำจัดสสารฝุ่นละอองโลหะและเชื้อโรคจุลินทรีย์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสื่อการกรองที่ใช้ ตัวกรองมีทุกขนาดตั้งแต่รุ่นเล็กที่ยึดติดกับก๊อกน้ำในครัวเรือนจนถึงระดับที่ใช้ในระบบบำบัดน้ำเสียของเทศบาล แต่ตัวกรองทั้งหมดทำงานภายใต้หลักการพื้นฐานเดียวกัน
สื่อกรองซึ่งเป็นวัสดุที่ดักจับสิ่งปนเปื้อนจากน้ำเป็นองค์ประกอบหลักในกระบวนการกรองน้ำ แซนด์เป็นที่นิยมใช้ในระบบบำบัดน้ำขนาดใหญ่และบางครั้งก็ผสมกับถ่านหินแอนทราไซต์ เม็ดถ่านกัมมันต์ - วัสดุคาร์บอนที่ผ่านกระบวนการให้มีพื้นที่ผิวสูงขึ้นเพื่อให้สามารถดูดซับสิ่งสกปรกได้มากขึ้น - เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับตัวกรองในครัวเรือนขนาดเล็ก แมงกานีสกรีนและเป็นวัสดุกรองที่ผ่านการบำบัดเป็นพิเศษเพื่อกำจัดเหล็กและแมงกานีสจากน้ำ สระว่ายน้ำมักใช้ไส้กรองดินเบา
โดยทั่วไปตัวกรองขนาดเล็กจะมีเพียงวัสดุเดียว แต่ส่วนใหญ่จะเป็นวัสดุกรอง ตัวอย่างเช่นตัวกรองทรายมีชั้นกรวดที่มีชั้นของทรายอยู่เหนือมัน หากตัวกรองนั้นรวมถึงถ่านหินแอนทราไซท์หรือวัสดุตัวกรองละเอียดอื่น ๆ ก็จะอยู่ด้านบน น้ำไหลผ่านอนุภาคขนาดเล็กในชั้นบนของตัวกรองอย่างช้าๆจากนั้นจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วผ่านชั้นกรวดและในที่สุดก็จะสะสมตัวใน Underdrain จนกว่ามันจะไปยังจุดหมายต่อไป
การกระทำที่มองเห็นได้เพียงอย่างเดียวในกระบวนการกรองน้ำคือน้ำที่ไหลผ่านหรือถูกบังคับผ่านเครื่องกรอง แต่ในความเป็นจริงมีกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นเพื่อกำจัดสารปนเปื้อนออกจากน้ำ สารปนเปื้อนที่ใหญ่กว่าจะถูกกรองออกเพราะพวกมันไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุกรองได้ อนุภาคของวัสดุกรองดูดซับสารปนเปื้อนเช่นก๊าซและอนุภาคเช่นโลหะและแร่ธาตุ การดูดซับหมายถึงสารปนเปื้อนติดอยู่ที่พื้นผิวของวัสดุกรอง
สำหรับตัวกรองบางประเภทที่เรียกว่าตัวกรองทรายช้าการแยกทางชีวภาพเป็นอีกส่วนหนึ่งของกระบวนการกรองน้ำที่กำจัดสารปนเปื้อน ตัวกรองทรายช้ามีชั้นของจุลินทรีย์เรียกว่า schmutzdecke ซึ่งก่อตัวขึ้นที่ด้านบนของทรายในตัวกรอง จุลินทรีย์ใน schmutzdecke ทำลายสารปนเปื้อนอินทรีย์และยังสามารถใช้แบคทีเรียที่เป็นอันตรายที่อาจมีอยู่ในน้ำ
