污水中的主要污染物可分為三大類：物理性污染、化學性污染和生物性污染。

(1)物理性污染可分為以下幾個方面：

① 熱污染

污水的水溫是污水水質的重要物理性質。就污水處理本身而言，水溫多低（如低于5℃）或過高（如高于40℃）都會影響污水的生物處理效果。溫度較高的污水主要來自熱電廠及各種發熱工廠過程中的冷卻水。未經處理的冷卻水排入水體后，造成受納水體的水溫升高，水中有毒物質毒性加劇，溶解氧降低，危害水生生物的生長甚至導致死亡。

② 懸浮物質污染

懸浮物是指水中含有的不溶性物質，包括固體物質、浮游生物及呈乳化狀態的油類(泡沫)。它們主要來自生活污水、垃圾和采礦、建材、食品、造紙等工業產生的污水，或者是由于地面徑流所引起的水土流失進入水中的。懸浮物質的存在造成水質混濁、外觀惡化，改變水的顏色。

③ 放射性污染

污水中的放射性物質主要來自鈾、鐳等放射性金屬的生產和使用過程，如放射性礦藏、核試驗、核電站以及醫院的同位素實驗室等。放射性物質的衰變釋放出放射性核親(α、β、r射線)構成一種特殊的污染，即放射性污染，對人體進行慢性輻射并可以長期蓄積，引起潛在效應，誘發貧血、癌癥等。

(2)化學性污染可分為以下幾個方面：

①無機無毒物污染

無機無毒物主要指無機酸、無機堿、一般無機鹽以及氮、磷等植物營養物質。酸性、堿性污水要來自礦山排水、化工、金屬酸洗、電鍍、制堿、堿法造紙、化纖、制革、煉油等多種工業污水。酸堿污水排入水體后會改變受納水體的pH值，從而抑制或殺滅細菌或其他微生物的生長，削弱水體的自凈能力，破壞生態平衡。此外，酸、堿污染還能逐步地腐蝕管道、船舶和地下構筑物等設施。    一般無機鹽類是由于酸性污水與堿性污水相互中和以及它們與地表物質之間相互反應產生的。無機鹽量的增多導致水的硬度增加，給工業用水和生活用水帶來許多不利因素。

污水中的氮、磷是植物和微生物的主要營養物質。氮主要來源于氮肥廠、洗毛廠、制革廠、造紙廠等；磷的主要來源是磷肥廠和含磷洗滌劑。施用氮肥和磷肥的農田排水也會有殘余的氮和磷。

當水體中氮、磷等植物營養物質增多時，可導致水體，特別是湖泊、水庫、港灣、內海等水流緩慢的水域中的藻類等浮游植物及水草大量繁殖。這種現象稱之為水體的“富營養化”。“富營養化”污染可導致水中溶解氧減少，魚類的生活空間減少，且有些藻類還帶有毒性，危害魚類及水生動物的生存。更有甚者，過多的藻類殘體可使湖泊變淺，后形成水體老化和沼澤化。

②無機有毒物污染

無機化學毒物包括金屬和非金屬兩類。金屬毒物主要為汞、鉻、鎘、鉛、鋅、鎳、銅、鈷、錳、鈦、釩、鉑和鉍等，特別是前幾種危害更大。如汞進入人體后被轉化為甲基汞，在腦組織內積累，破壞神經功能，無法用藥物醫治，嚴重時造成死亡。鎘中毒時引起全身疼痛，其中的鎘取代了骨質中的鈣，使骨骼軟化自然折斷所致，腰關節受損、骨節變形，有時還會引起心血管病。

金屬毒物具有以下特點：

a.不能被微生物降解，只能在各種形態間相互轉化、分散。

b.其毒性以離子態存在時嚴重，金屬離子在水中容易被帶負電荷的膠體吸附，吸附金屬離子的膠體可隨水流遷移，但大多數會迅速沉降，因此重金屬—般都富集在排污口下游一定范圍內的底泥中。

c.能被生物富集于體內，即危害生物，又通過食物鏈危害人體。

d.重金屬進入人體后，能夠和生理高分子物質，如蛋白質和菌等發生作用而使這些生理高分子物質失去活性，也可能在人體的某些器官積累，造成慢性中毒，其危害有時需10—20年才能顯露出來。

重要的非金屬毒物有砷、硒、氰、氟、亞硝酸根等。如砷中毒時能引起中樞神經紊亂，誘發皮膚癌等。亞硝酸鹽在人體內還能與仲胺生成亞硝胺，具有強烈的致病作用。

③有機無毒物污染(需氧有機物污染)

有機無毒污染物主要包括生活污水、牲畜污水和某些工業污水中所含的碳水化合物、蛋白質、脂肪等有機物。這類合機物是不穩定的，它們在微生物作用下，借助于微生物的新陳代謝進行分解，向穩定的無機物質轉化。在分解過程中需要消耗氧氣，故又稱之為需氧污染物或耗氧有機物。在有氧條件下，經好氧微生物作用進行轉化，從而消耗大量的溶解氧，產生CO2、H2O等穩定物質；水中溶解氧耗盡后，則在厭氧微生物作用下進行轉化，產生H2O、CH4、CO等穩定物質，同時放出硫化氫、硫醇等難聞氣體。使水質變黑變臭，造成環境質量進一步惡化。這一類污染物質是目前水體中大量、經常和普遍的一種污染物。

④有機有毒物污染

污染水體中的有機有毒物質種類很多，這類污染物質多屬于人工合成的有機物質，(如DDT、六六六)、多環芳烴、芳香胺等污染物；這類污染物質的主要特征是化學性質穩定，很難被微生物分解，其另一特征是它們以不同的方式和程度都有害于人類健康致畸、致突變物質，有些還被認為是致癌物質。。

⑤油類物質污染

有機油類污染物質包括“石油類”和“動植物油類”兩項。它們進人水體后漂浮在水面上，形成油膜，隔絕陽光、大氣與水體的，破壞水體的復氧條件，從而影響水生物、植物的生長。

(3)生物性污染可分為以下幾個方面：

生物污染物主要是指廢水中的致病性微生物，它包括致病細菌、病蟲卵和病毒。未污染的天然水小細菌含量很低，當城市污水、垃圾淋溶水、醫院污水等排入后將帶入各種病原微生物。如生活污水中可能含有能引起肝炎、傷寒、霍亂、痢疾、腦炎的病毒和細菌以及蛔蟲卵和鉤蟲卵等。生物污染物污染的特點是數量大，分布廣，存活時間長、繁殖速度快。