معالجة المياه العادمة هي عملية تستخدم لإزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي أو المياه العادمة وتحويلها إلى مياه معالجة متدفقة والتي يمكن إرجاعها إلى دورة الماء الطبيعية مع حد أدنى من التأثير على البيئة، أو إعادة استخدامها بشكل مباشر. هذا الأخير يسمى استصلاح المياه لأنه يمكن استخدام المياه العادمة المعالجة لأغراض أخرى. تتم عملية المعالجة في محطة معالجة مياه الصرف الصحي (دبلو دبليو تي بّي)، والتي يشار إليها غالبًا باسم مرفق استرداد موارد المياه (دبليو أر أر أف) أو محطة معالجة مياه الصرف الصحي (أس تي بّي). تتم إزالة الملوثات في مياه الصرف الصحي البلدية (المنازل والصناعات الصغيرة) أو تفكيكها.
تعتبر معالجة المياه العادمة جزءًا من مجال الصرف الصحي الشامل. يشمل الصرف الصحي أيضا إدارة النفايات البشرية والنفايات الصلبة وكذلك إدارة مياه الأمطار (التصريف). يمكن أيضًا معالجة المنتجات الثانوية من محطات معالجة المياه العادمة، مثل نفايات الغربلة والحصى وحمأة مياه الصرف.