通過化學藥劑與廢水中的污染物進行氧化還原反應，從而將廢水中的有毒有害污染物轉化為無毒或者低毒物質的方法稱為氧化還原法。

在氧化還原反應中，參加化學反應的原子或離子有電子得失，因而引起化合價的升高或降低。失去電子的過程叫氧化，得到電子的過程叫還原。

根據有毒有害物質在氧化還原反應中被氧化或還原的不同，廢水中的氧化還原法又可分為藥劑氧化法和藥劑還原法兩大類。在廢水處理中常采用的氧化劑有：空氣中的氧、純氧、臭氧、氯氣、漂白粉、次氮酸鈉、三氯化鐵等。常用的還原劑有：硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鐵屑、鋅粉、二氧化硫等。

      藥劑氧化法中常用的方法有臭氧氧化法、氯氧化法、高錳酸鉀氧化法等。

臭氧的氧化性在天然元素中僅次于氟，可分解一般氧化劑難于破壞的有機物，并且不產生二次污染。因此廣泛地用于消毒、除臭、脫色以及除酚、氰、鐵、錳等。臭氧氧化處理系統中的主要設備是臭氧接觸反應器。

      在氯氧化法中的氯系氧化劑包括氯氣、氯的含氧酸及其鈉鹽、鈣鹽和二氧化氯。除了用于消毒外，氯氧化法還可用于氧化廢水中的某些有機物和還原性物質，如氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油類，以及用于廢水的脫色、除臭等。例如氧化氰化物。在pH值大于8.5的堿性條件下用氯氣       進行氧化，可將氰化物氧化成無毒物質。

      高錳酸鉀氧化法主要用于去除廢水中的酚、二氧化硫、H2S等。在飲用水的處理中，這種方法主要用來殺滅藻類、除臭、除味、除鐵、除錳等。該法的優點是處理后的水沒有異味，氧化劑容易投配。主要缺點是處理成本高。

藥劑還原法主要用于處理含鉻、含汞廢水。

      通過還原可將六價鉻轉化為三價鉻，大大減小了鉻的毒性。還原過程是，在酸性條件下，向含鉻廢水中投加亞硫酸氫鈉，將六價鉻還原為三價鉻。隨后投加石灰或氫氧化鈉，生成氫氧化鉻沉淀。將沉淀物從廢水中分離出來，達到處理的目的。化學反應如下：

實際中常用金屬還原劑來處理含汞廢水，廢水中的汞離子被還原為金屬汞而析出,金屬本身被氧化為離子而進入水中。可用于還原汞的金屬有鐵粉、鋅粉、銅粉和鋁粉等。以鐵粉為例，發生如下化學反應：