Chemicaliën voor waterbehandeling zijn divers en kunnen grofweg worden gecategoriseerd op basis van hun functionele kenmerken. Ten eerste zijn er flocculanten en coagulanten. Deze chemicaliën zorgen ervoor dat kleine zwevende deeltjes en colloïdale stoffen in het water samenklonteren en grotere vlokken vormen, waardoor de sedimentatie of flotatie wordt versneld en de scheiding van vaste- vloeistoffen wordt bereikt. Veel voorkomende vlokmiddelen zijn onder meer polyaluminiumchloride, aluminiumsulfaat en polyferrisulfaat, die veel worden gebruikt bij de waterbehandeling en effectief zwevende vaste stoffen, organisch materiaal en sommige zware metaalionen verwijderen. Bij de behandeling van huishoudelijk rioolwater wordt bijvoorbeeld doorgaans polyaluminiumchloride toegevoegd in een dosering van 10-50 mg/l, wat de troebelheid van het rioolwater aanzienlijk kan verminderen en de kwaliteit van het afvalwater aanzienlijk kan verbeteren. Ten tweede zijn er ontsmettingsmiddelen die worden gebruikt om bacteriën, virussen en andere micro-organismen in water te doden, waardoor de waterveiligheid wordt gegarandeerd. Veel voorkomende ontsmettingsmiddelen zijn chloor, chloordioxide, ozon en natriumhypochloriet.
Chloor is een traditioneel desinfectiemiddel met een relatief lage prijs, maar het produceert tijdens het gebruik enkele desinfectiebijproducten, wat bepaalde potentiële risico's voor de menselijke gezondheid met zich meebrengt. Chloordioxide heeft sterke oxiderende eigenschappen, een uitstekend desinfecterend effect en produceert geen kankerverwekkende gehalogeneerde koolwaterstoffen, waardoor het de laatste jaren steeds vaker wordt gebruikt. Ozondesinfectie biedt voordelen zoals hoge efficiëntie, snelheid en geen residu, maar de investeringen in apparatuur en de bedrijfskosten zijn hoger. De volgende zijn kalkremmers en corrosieremmers. Bij industriële circulerende waterbehandeling vormen calcium- en magnesiumionen in het water gemakkelijk kalkaanslag, die zich hecht aan de oppervlakken van apparatuur, wat de efficiëntie en levensduur van de warmteoverdracht beïnvloedt, en ook metalen apparatuur corrodeert. Kalkremmers voorkomen de vorming van kalkaanslag, terwijl corrosieremmers de corrosiesnelheid van metalen apparatuur vertragen. Veel voorkomende kalkremmers zijn onder meer organofosfaten en polycarbonzuren, terwijl corrosieremmers chromaten en zinkzouten omvatten (hoewel chromaten geleidelijk minder worden gebruikt vanwege hun hoge toxiciteit).
Daarnaast zijn er pH-regelaars om de zuurgraad of alkaliteit van het water te regelen tot een geschikt behandelingsbereik; en reductiemiddelen om oxiderende stoffen uit het water te verwijderen. Bij het selecteren van chemicaliën voor waterbehandeling is het noodzakelijk om uitgebreid rekening te houden met factoren zoals waterkwaliteitskenmerken, behandelingsprocesvereisten, kosten en vereisten op het gebied van milieubescherming. Voor water met een hoge hardheid moeten bijvoorbeeld zeer efficiënte kalkremmers worden gekozen; voor drinkwater met strenge eisen aan microbiologische indicatoren moeten veilige en betrouwbare desinfectiemiddelen worden gekozen. Ondertussen zullen, met steeds strengere eisen op het gebied van milieubescherming, groene, milieuvriendelijke en efficiënte chemicaliën voor waterbehandeling de toekomstige ontwikkelingstrend worden.