通過物理作用分離、回收廢水中不溶解的懸浮狀態汙染物(包括油膜和油珠)的方法，可分為重力分離法、離心分離法和篩濾截留法等。屬於重力分離法的處理單元有沉澱、上浮(氣浮)等，相應使用的處理設備是沉砂池、沉澱池、隔油池、氣浮池及其附屬裝置等。離心分離法本身就是一種處理單元，使用的處理裝置有離心分離機和水旋分離器等。篩濾截留法有柵篩截留和過濾兩種處理單元，前者使用的處理設備是格柵、篩網，而後者使用的是砂濾池和微孔濾機等。以熱交換原理為基礎的處理方法也屬於物理處理法，其處理單元有蒸發、結晶等。

一種去除廢水中有機物的方法是活性炭吸附法。活性炭處理可以與活性汙泥法一同使用，在這一過程中使用粉末活性炭。粉末活性炭可吸附那些對微生物有毒的物質，並最終同汙泥一起收集。活性炭法在汙水處理過程中存在的最主要的危險是失效的活性炭可能一直存在於水中。