通过物理作用分离、回收废水中不溶解的悬浮状态污染物(包括油膜和油珠)的方法，可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。属于重力分离法的处理单元有沉淀、上浮(气浮)等，相应使用的处理设备是沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法本身就是一种处理单元，使用的处理装置有离心分离机和水旋分离器等。筛滤截留法有栅筛截留和过滤两种处理单元，前者使用的处理设备是格栅、筛网，而后者使用的是砂滤池和微孔滤机等。以热交换原理为基础的处理方法也属于物理处理法，其处理单元有蒸发、结晶等。

一种去除废水中有机物的方法是活性炭吸附法。活性炭处理可以与活性污泥法一同使用，在这一过程中使用粉末活性炭。粉末活性炭可吸附那些对微生物有毒的物质，并最终同污泥一起收集。活性炭法在污水处理过程中存在的最主要的危险是失效的活性炭可能一直存在于水中。