Nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo:

• Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng.
• Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước.

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước thành: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý. Theo vị trí không gian, người ta phân biệt: ô nhiễm sông, ô nhiễm hồ, ô nhiễm biển, ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm nước ngầm. Một khi, nguồn nước bị ô nhiễm, thành phần và bản chất của nguồn nước sẽ thay đổi, biến dạng như:

• Thay đổi tính chất lý học (màu, mùi, vị, pH...)
• Thay đổi thành phần hóa học (tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, các chất vô cơ, các hợp chất độc...)

Thay đổi hệ vi sinh vật có trong nước (làm tăng hoặc giảm số lượng vi sinh vật hoại sinh, vi khuẩn và virus gây bệnh...) hoặc xuất hiện trong nước các loại sinh vật mà trước đây không có trong nguồn nước.

Ô nhiễm nước do nước thải khu dân cư: Nước thải từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người được gọi chung là nước thải sinh hoạt, nước thải từ khu dân cư hoặc nước thải vệ sinh. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng cao của các chất hữu cơ không bền vững, dễ bị phân hủy sinh học (như cacbonhydrat, protein, mỡ), chất dinh dưỡng (phôtpho, nitơ), chất rắn và vi sinh vật. Một đặc điểm quan trọng khác của nước thải sinh hoạt là không phải chỉ có các chất hữu cơ dễ phân hủy do vi sinh vật để tạo ra khí cacbonic và nước mà còn có các chất khó phân hủy tạo ra trong quá trình xử lý. Khi nước thải sinh hoạt chưa xử lý đưa vào kênh, rạch, sông, hồ, biển sẽ gây ô nhiễm nguồn nước với các biểu hiện chính là:

• Gia tăng hàm lượng chất rắn lơ lửng độ đục, màu
• Gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, dẫn tới sự phú dưỡng hóa, tạo ra sự bùng nổ rong, tảo, dẫn tới ảnh hưởng tiêu cực cho phát triển thủy sản, cấp nước sinh hoạt, du lịch và cảnh quan
• Gia tăng vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật gây bệnh (tả, lỵ, thương hàn...) dẫn đến ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng

Ô nhiễm nước do nước thải công nghiệp: Nước thải công nghiệp là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành sản xuất.

Ô nhiễm nước do nước chảy tràn mặt đất: Nước chảy tràn từ mặt đất do nước mưa hoặc do thoát từ đồng ruộng là nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ, nước rửa trôi qua đồng ruộng có thể cuốn theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Nước rửa trôi qua khu dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp có thể là ô nhiễm nguồn nước do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất vi trùng..

Quá trình tự làm sạch của nước là các quá trình phân hủy, tách và lắng đọng các chất trong nước xảy ra trong điều kiện tự nhiên. Quá trình này có thể phân ra hai nhóm:

+  Quá trình vật lý: như hấp phụ, keo tụ, lắng, phân ly, tách các chất ô nhiễm ra khỏi nước.

+  Quá trình hóa học, sinh học: gồm các phản ứng thủy phân, oxy hóa khử, polyme hóa nhờ có men hoặc vi khuẩn xúc tác làm cho chất ô nhiễm trở nên ít độc hoặc không độc.

Quá trình tự làm sạch nước tự nhiên diễn ra dễ dàng và nhanh chóng ở dòng sông, dòng chảy; còn ở hồ tĩnh lặng thì chậm chạp hơn. Hơn nữa dưới tác dụng của bức xạ mặt trời quá trình quang hợp tăng làm tiêu thụ nhiều CO₂ hơn, sinh lượng oxy nhiều hơn giúp làm sạch nước tự nhiên tốt hơn. Khi cân bằng động làm sạch tự nhiên bị phá vỡ, chất ô nhiễm quá lớn, cần sử dụng làm sạch nhân tạo.