污水的二级处理，指的是在一级处理的基础上进一步做生化处理。例如采用生物膜法，利用微生物去除污水中的可溶性有机污染物。污水经过二级处理后，大部分有机质被去除，水中只留下一些无机盐类及少量的悬浮物。目前，我国不少新型化工厂可达污水二级处理标准。当然，作为企业污水的处理，根据排放污水的不同性质，采用的物理、化学、生物等去污的具体方法也是各式各样的。为提高企业经济效益，工厂的污水还可以与废料的回收再利用等因素结合起来，进行综合的治理。
污水的三级处理，也称深度处理，是利用较为复杂的物理、化学等方法进一步除去水中的有害物质。其处理方法有活性炭吸附、离子交换、臭氧氧化、电渗析、反渗透等等。通过深度处理后，污水可以净化到工业用水的标准，故三级处理后的水可以再次在工业上使用。由于深度处理的成本较高，因此目前还没能普遍采用。但我国的水资源并不丰富，许多城市供水还很紧张，可以相信，在不远的将来，水的深度处理必定会得到广泛的重视和应用。