عملية قادرة على تخفيض عناصر مستهدفة في المياه المستعملة لا يمكن تحقيقه عادة عن طريق خيارات معالجة أخرى. وتشمل كل عمليات الوحدات التي لا تعتبر ميكانيكية أو بيولوجية كالتخثر الكيميائي والتدمج والترسب، والكلورة الحدية، والفصل، والترشيح في أوساط مختلفة، والغربلة الدقيقة، والتبادل الانتقائي للأيونات، والامتزاز بالكربون المنشط، والتناضح العكسي، والترشيح الفائق الدقة والتعويم الكهربائي. وقد تستخدم عمليات المعالجة المتقدمة مقترنة بعمليات المعالجة الميكانيكية والبيولوجية.