由于地表水经常受到土壤、工业废水、生活污水和各种杂质的污染，细菌滋生。有时，每毫升水中的细菌数量可以达到数万甚至数十万。在一些水域，甚至有成千上万的大肠杆菌。虽然在水处理过程中，通过混凝、沉淀（或澄清）和过滤的净化过程，大多数附着在悬浮物上的细菌、大肠杆菌、原生动物和其他两种微生物也一起被去除。然而，它并不完整，仍然存在一定数量的对人体有害的微生物。
为了保护人们的健康，防止疾病传播，还必须进行水消毒，以杀死水中的病毒。我国《生活饮用水卫生标准》规定，37℃培养24h的水样细菌总数不得超过100个/ml，大肠菌群不得超过3个/l。因此，需要在凝固、澄清和过滤后进行消毒。在工业冷却水的处理中，为了防止循环水产生生物泥，循环水中的异养菌数量不应超过500000/ml。因此，作为循环水系统补充水的过滤水也需要消毒。
在除盐水处理系统中，为了防止离子交换树脂被细菌污染，还需要对其原水进行消毒。此外，消毒还可以去除水的色度。水消毒方法可分为化学方法和物理方法。物理消毒方法包括加热法、紫外线法、超声波法等，化学消毒方法包括氯化法、臭氧法、重金属离子法等氧化剂法。其中，氯化法因其消毒能力强、价格低廉、设备简单、余氯测定方便、剂量调节方便等优点而得到最广泛的应用。除了氯，还有氯化合物，如次氯酸钠、次氯酸钙和氯胺。近年来，二氧化氯是一种比氯具有更强氧化性能的氧化剂，在国外水厂得到了广泛的应用。
氯酚和季铵化合物等非氧化性杀菌剂也可用于消毒。近年来，国外开发的亚甲基二硫氰酸盐、盐酸十二烷基胍和有机溴，以及国内成功开发的NL-4和SQ8，都是有效的消毒剂。此外，早期使用的铜盐，如硫酸铜等杀菌剂，属于化学消毒方法。